PROPAGARE SI PREDICTIE

Propagarea in domeniul VHF/UHF

deasupra solului plan, neted si bun conductor

Prin cale de propagare in spatiu deschis (liber) se desemneaza dreapta care uneste doua antene, situate in vid sau atmosfera ideala, suficient de departate de orice obiect care ar putea absorbi sau reflecta energie electromagnetica.

Puterea P₀, la intrarea unui receptor adaptat, in cazul propagarii in spatiu deschis, este data de relatia (69).

unde P_t este puterea la emisie, l- lungimea de unda, d- distanta intre statia de baza si mobil, G_b si G_m- castigurile antenelor statiei de baza, respectiv mobilului. Relatia de legatura dintre puterea receptionata P_r si puterea emisa P_t, in ipoteza unui sol plan, neted si bun conducator, reprezinta punctul de plecare al diferitelor metode de predictie. O solutie aproximativa [10], care pune in evidenta unda directa (a), reflectata (b) si de suprafata (c) este data de relatia:

     

unde:

reprezinta coeficientul de reflexie al pamantului

- diferenta de faza dintre unda directa si reflectata

A - coeficientul de atenuare al undei de suprafata.

Formula 2.2 neglijeaza contributia campului indus si alte efecte secundare. Coeficientul de reflexie depinde de unghiul de incidenta al undei reflectate, de tipul de polarizare al undei si de caracteristicile electrice ale solului. Daca este mic (q<10^o pentru polarizare verticala, q<1^o pentru polarizare orizontala) se poate face aproximarea r

Daca diferenta de faza se aproximeaza prin:

     

unde h_b, h_m reprezinta inaltimea deasupra solului la care este amplasata antena statiei de baza respectiv mobilului.

Unda de suprafata este luata in consideratie numai atunci cand statia de baza se afla la o inaltime comparabila cu deasupra pamantului, sau deasupra marii. Ea poate fi complet neglijata la frecvente peste 300 Mhz.

In ipotezele enumerate, se obtine relatia de dependenta dintre puterea receptionata si distanta:

     

care pune in evidenta faptul ca prezenta solului mareste atenuarea de propagare la valoarea de 40 dB/decada. In realitate, in functie de sol, acoperirea sa, conditii atmosferice etc. in relatia (2.4) distanta d dintre antene apare la o putere cuprinsa intre -2 si -5.

PREZENTA STRUCTURILOR OBTURANTE

Frecvent, in cazul radiocomunicatiilor mobile, calea de vizibilitate directa e obturata de diverse obstacole: dealuri, cladiri masive etc. Daca "fenomenul de umbrire" este produs de un singur obiect, intensitatea campului la receptie se calculeaza considerand fenomenul de difractie produs de obiect, care este asimilat cu un semiplan absorbant. In cazul radiocomunicatiilor mobile in domeniul VHF/UHF, o serie de ipoteze simplifica calculul.

Daca intre distantele d_1,2 de la semiplan la antena statiei de baza, respectiv a mobilului (masurate in lungul caii de vizibilitate directa), inaltimea h a structurii obturante (deasupra caii de vizibilitate directa) si lungimea de unda exista inegalitatile:

     

Atunci puterea receptionata e data de relatia:

     

Unde P_o e puterea receptionata in spatiu deschis la nivelul semiplanului iar h_o se calculeaza dupa relatia:

O tratare mai detaliata a fenomenului de difractie in cazul propagarii radio, considerand si sfericitatea pamantului, e facuta in lucrarea

2.2 METODE DE PREDICTIE

Metodele de predictie ale valorii medii sau mediane sunt clasificate in doua categorii: empirice [31], [41], [43], [67] si semiteoretice [30], [46]. Ultimele determina valoarea aproximativa a pierderilor prin difractie datorate prezentei pamantului [10], [32]. Indiferent de metoda utilizata, este necesara cunoasterea profilului terenului in lungul caii de propagare, pentru a determina fie factorii de corectie datorati neuniformitatii si ondulatiilor pamantului, fie pierderile de difractie produse de obstacole.

2.2.1 RIDICAREA PROFILULUI TERENULUI

Ridicarea profilului terenului se face pornind de la o baza de date topografice [59] care descrie suprafata de teren studiata. Baza de date contine atat informatii referitoare la inaltimea solului cat si o descriere a categoriei de elemente care il acopera (cladiri, apa, spatii verzi, densitatea acestora etc.), conformandu-se standardului DLMS (Digital Landmass System) [91]. Rezolutia maxima este de 100 x 100m.

Baza de date DLMS este o structura redusa conform categoriilor de teren utilizate in predictia radio: deschis, apa, padure, spatii verzi, cladiri. Categoria "cladiri" este subdivizata in continuare avand in vedere: procentul de arbori din zona, inaltimea mediana a cladirilor, numarul de structuri pe unitate de suprafata. In continuare, baza de date redusa este din nou prelucrata pentru a contine numai tipurile de teren utilizate in propagarea radio.

Informatiile referitoare la inaltimea solului, necesare stabilirii profilului terenului in lungul cailor de propagare, in cazul in care nu se dispune de o baza de date DLMS, se pot crea pornind de la o harta obisnuita a suprafetei de acoperit. Astfel, in [28] se utilizeaza o harta la scara 1:25000 care este divizata in patrate cu latura de 0,5 km. Fiecarui patrat i se asigneaza o inaltime unica, reprezentativa pentru suprafata de teren pe care o acopera. Detalii referitoare la metoda de asignare a inaltimii reprezentative, astfel incat caracteristicile topografice esentiale ale terenului sa nu se piarda in procesul de refacere al profilului sunt prezentate in [29] si [30]. Alte tipuri de harti utilizate pentru determinarea inaltimilor solului sunt hartile pentru 7,5º si hartile 1:250000 [46], oferite de unele organizatii nationale sub forma de inregistrari pe suport magnetic.

2.2.3.1. MODELUL CCIR

Aceasta metoda de predictie avand la baza modelul Hata, se foloseste in cazul in care suprafata de acoperit este fara dealuri si munti.

Atenuarea de propagare L_b este data de relatia

[dB]

unde L₀ este atenuarea de propagarepentru ocategorie de teren standard, iar F este un factor de corectie dependent de categoria de teren.

Pentru terenuri omogene din punct de vedere al structurilor de pe suprafata, metoda CCIR prezinta o dependenta corecta in functie de distanta d si frecventa purtatoare f. Diferentele care apar intre valorile masurate si prezise sunt datorate factorului de corectie F, lipsind o descriere riguroasa pentru densitatea cladirilor din zona.

2.2.3.2 METODA OKUMURA

Metoda de predictie Okumura determina valoarea mediana a puterii P_p receptionate de antena mobilului intr-un teren quasi-neted (ondulatii mai mici de 20m) intr-un mediu urban, in functie de parametrii:

frecventa purtatoare f [MHz],

inaltimea efectiva a antenei statiei de baza h_b [m]

inaltimea antenei mobilului h_m [m].

Valoarea medie locala are o variatie log-normala cuprinsa intre 8-12 dB in jurul valorii mediane.

Puterea mediana prezisa se calculeaza cu relatia:

[dBm]

Termenii din relatia (2.14). sunt exprimati in dB astfel:

P₀ - este puterea receptionata in cazul propagarii in spatiul liber la distanta d:      ,

A_m - este atenuarea mediana in spatiul liber, intr-o zona de tip urban, pentru o inaltime efectiva a antenei statiei de baza h_b=200m si o inaltime efectiva a antenei mobilului h_m=3m. A_m depinde de distanta d si de frecventa purtatoare f, fiind obtinuta din curbele date in figura 2.4.

H_b(h_m,f) - este factorul de castig cu inaltimea al antenei statiei de baza fata de cazul h_b=200m. Acesta depinde de inaltimea efectiva a antenei, de distanta d si se exprima in dB (figura 2.5).

H_m(h_m,f) - este factorul de castig cu inaltimea al antenei mobile fata de cazul h_m=3m. Acesta este dependent de h_m, de frecventa si se exprima, de asemenea, in dB (figura 2.6).

Daca suprafata in care se face predictia se afla intr-o zona diferita de urban (suburban sau deschis), daca terenul nu este quasi-neted sau daca profilul terenului dintre statia de baza si mobil include panze de apa, relatia (2.14) poate fi imbunatatita completand-o cu unul sau mai multi factori de corectie.

P_c =P_p+K_so+K_sp+K_1s+K_ter     

P_c puterea obtinuta dupa corectie [dBm];

P_p - puterea de predictie obtinuta cu relati

K_so, K_sp, K_1s, K_ter factori de corectie in [dB] pentru teren suburban sau deschis, teren in panta, prezenta unei panze de apa, teren deluros.

Fata de factorii enumerati mai sus pot fi introdusi si altii care tin seama de fenomenul de difractie produs de structuri masive (dealuri, cladiri inalte, etc.) care obtureaza calea de propagare a undei directe, orientarea strazilor in raport cu directia de propagare, vegetatie abundenta, starea atmosferica, pozitia mobilului in raport cu inaltimea mediana a terenului in cazul unui profil foarte ondulat.

ROPAGAREA UNDELOR RADIO

Rolul atmosferei in propagarea undelor radio

Troposfera este mediul in care se produc fenomenele meteorologice. Datorita curentilor de aer, gazele se amesteca formand un mediu neomogen. Presiunea, temperatura si umiditatea scad pe masura ce creste inaltimea. Variatia acestor parametri determina refractia undelor radio, care propagandu-se prin troposfera, patrund dintr-un mediu cu anumite caracteristici in alt mediu cu caracteristici deosebite.

Stratosfera se caracterizeaza prin lipsa vaporilor de apa. Gazele cele mai grele se dispun in straturile inferioare ale stratosferei.

Ionosfera este partea superioara a atmosferei ale carei gaze sunt puternic ionizate ca urmare a actiunii razelor ultraviolete ale soarelui si stelelor, a fluxului de electroni emisi de soare si a razelor cosmice. In anumite conditii, undele radio se reflecta de ionosfera. Starea electrica a ionosferei variaza continuu. In timpul noptii, in lipsa actiunii razelor solare, se produce recombinarea moleculelor si gradul de ionizare al ionosferei scade (gradul de ionizare depinde de concentratia electronilor N care este egala cu numarul de electroni pe cm³).

La anumite inaltimi, in ionosfera apar regiuni in care gradul de ionizare este maxim. Aceste regiuni au fost numite conventional straturi. Din fig. 5.B. si fig.6 se vede ca ziua exista straturile D, E, F₁ si F₂, iar noaptea straturile D si F₁ dispar si raman numai straturile E si F₂.

Unda directa (unda terestra) si unda indirecta (unda spatiala)

Unda terestra este acea componenta a undelor electromagnetice care suporta influenta pamantului asupra propagarii si care ar transporta intreaga energie radiata ce ajunge la punctul de receptie daca nu ar exista unda ionosferica (reflectata) si troposferica. Unda terestra este compusa la randul ei din unda de suprafata ce se propaga la suprafata pamantului si unda spatiala, care la randul sau este compusa din unda directa si unda reflectata de pamant. Daca antenele de emisie si de receptie sunt instalate la suprafata pamantului, componentele undei spatiale vor fi opuse ca faza si egale intre ele, astfel ca efectul lor se anuleaza reciproc iar unda de suprafata ramane singura componenta a undei terestre.

Intensitatea undei terestre rezultata din unda spatiala si din unda de suprafata depinde de: valoarea rezistentei si constantei dielectrice a pamantului, inaltimea de ridicare a antenelor de emisie si de receptie, curbura pamantului, distanta pana la emitator si variatia indicelui de refractie al atmosferei in functie de inaltime.

Constantele dielectrice ale pamantului influenteaza valoarea atenuarii undei de suprafata si coeficientul de reflexie de care depinde componenta undei spatiale reflectata de pamant.

Unda de suprafata are o importanta deosebita, deoarece cuprinde intreaga energie a undei terestre cand antenele de emisie si de receptie sunt la suprafata pamantului. Aceasta se poate propaga pana la o distanta pentru care suprafata pamantului este considerata plana, care rezulta din relatia:

     

Daca radiatia energiei electromagnetice se poate propaga de la emitator la receptor fara a atinge suprafata convexa a pamantului, punctul de receptie se considera ca este mai sus de linia de vizibilitate a emitatorului. In acest caz, considerand ca inaltimile de asezare a antenelor unui emitator si receptor sunt h₁ si h₂, distanta maxima la care unda se propaga fara a atinge pamantul va fi:

Asupra propagarii undelor radio cea mai mare influenta o are suprafata pamantului, troposfera si ionosfera. Datorita acestei influente unda emisa de un emitator dispus pe suprafata pamantului poate ajunge la receptorul dispus tot pe suprafata pamantului pe doua cai: o cale apropiata de suprafata pamantului (unda directa), a doua cale prin reflexia undei in ionosfera .

Pe unda directa legatura radio se poate realiza la distante mai mari decat distanta "vizibilitatii directe" datorita difractiei si dispersiei undelor in troposfera.

GESTIONAREA RESURSELOR RADIO

Organizarea celulara a sistemelor de comunicatii mobile a fost impusa de necesitatea cresterii capacitatii de trafic in conditiile unui spectru limitat. Eficienta este apreciata prin numarul de canale de comunicatie definite in banda alocata iar tehnica prin care sunt definite canalele de comunicatie se numeste tehnica de acces multiplu.

Tot de eficienta tine si gradul de utilizare a canalelor prin tehnici mai mult sau mai putin sofisticate de alocare a canalelor.

3.1. TEHNICI DE ACCES MULTIPLU

Tehnicile se acces multiplu se compara din punct de vedere al flexibilitatii, calitatii comunicatiei si capacitatii de comunicatie.

Exista patru tipuri fundamentale de acces multiplu (MA - Multiple Acces)

-cu diviziune in frecventa (FDMA - Frecquency Division MA)

-cu diviziune in timp (TDMA - Time Division MA)

-cu diviziune in cod (CDMA - Code Division MA)

-cu rezervare de pachete (PRMA - Packet Reservation MA)

3.1.1 FDMA

La acest tip de acces multiplu un canal de comunicatie se obtine prin divizarea benzii totale B_t intr-un numar de canale de banda ingusta ce pot fi folosite individual, simultan si independent de catre abonati. Numarul maxim de canale depinde de viteza de transmisie maxima pe un canal. Separarea canalelor se face cu filtre trece banda, care nu sunt ideale, fapt pentru care intre canale se lasa un spatiu de garda (dezavantaj). Statiile de baza trebuie sa contina un numar de emitatoare - receptoare egal cu numarul de canale utilizate (dezavantaj).

Pentru ca transmisia sa fie duplex trebuie sa existe comunicare simultana in ambele sensuri. Aceasta se poate realiza prin:

-Diviziune in frecventa (FDD - Frequency Division Duplex) cand spectrul se imparte in doua benzi egale, una pentru emisie si alta pentru receptie, fiecare continand acelasi numar de canale.

-Diviziunea in timp (TDD - Time Division Duplex) cand spectrul alocat sistemului este divizat in canale de latime B iar an cadrul fiecarui canal timpul este partajat an mod egal intre emisie si receptie.

Avantaj - si emisia si receptia ocupa aceeasi banda de frecvente.

Dezavantaj - viteza de transmisie se reduce la jumatate.

3.1.2 TDMA

La acest tip de acces multiplu timpul este impartit in cadre care la randul lor sunt impartite in n ferestre de timp, fiecarui utilizator fiindu-i alocata o fereastra de timp.

S,T - biti auxiliari, de regula secvente de 0 pentru marcarea capetelor ferestrei

Sync - biti de sincronizare pentru refacarea tactului la receptie (detectie sincrona)

P - biti pentru masurarea parametrilor canalului de comunicatie

G - interval de timp de garda masurabil in nr. de durate ale unui bit pentru pastrarea sincronismului in sistem.

Pentru o comunicatie duplex in TDMA se utilizeaza doua benzi de frecvente separate. Canalele duplex se obtin prin alocarea ferestrelor cu acelasi numar de ordine in cadreledin cele doua benzi (TDMA-FDD).

In TDMA echipamentele statiei de baza se simplifica foarte mult din urmatoarele considerente:

-este nevoie de un singur emitator-receptor deoarece statia de baza comunica in fiecare fereastra de timp cu unul din cei n utilizatori din cadru;

-nu mai sunt necesare combinatoare de antena

-scade consumul energetic;

-in ferestrele de timp in care nu este nici un utilizator se pot efectua masuratori.

Tehnica TDMA are insa si dezavantaje printre care:

-sincronizarea cadrelor in sistem si a ferestrelor de timp presupune existenta unor referinte de timp in sistem si o sincronizare a acestora ceea ce duce la scumpirea echipamentului;

-deoarece unui utilizator ii este alocata o fereastra de timp de 1/n dintr-un cadru, pe acel interval de timp viteza de transmisie trebuie sa fie marita de n ori (sau chiar mai mult daca se tine seama si de timpii S, P, T, G).

Per ansamblu avantajele sunt mai importante decat dezavantajele si de aceea tehnica TDMA a capatat o dezvoltare extraordinara mai ales prin cunoscutul sistem GSM.

3.1.3. PRMA

Evolutia sistemelor de comunicatii catre un viitor sistem global (PCS Personal Communication System) impune sistemelor mobile cresterea vitezei de transmitere astfel incat sa permita orice fel de comunicatii: voce, date, video. Potrivit acestei tehnici datele de transmis se organizeaza in pachete de lungime fixa sau variabila carora li se atasaza o eticheta cu adresa sursei si cea de destinatie.

Pachetul mai contine un numar de biti de control pentru detectarea si corectia erorilor de transmisie, secvente de biti specifice ce marcheaza inceputul si sfarsitul unui pachet, un numar de ordine pentru refacerea succesiunii la destinatie, o secventa de biti de sincronizare pentru detectie sincrona si calea de urmat in retea pentru a ajunge la destinatie. Deoarece volumul de informatie auxiliar trebuie mentinut relativ mic in vederea cresterii eficientei transmisiei, exista tendinta de a creste lungimea pachetelor de date. Pe de alta parte un pachet receptionat eronar trebuie retransmis si prin urmare lungimea pachetului de date nu poate fi foarte mare din aceeasi cauza a cresterii eficientei.

Pana in momentul de fata acest sistem nu a fost implementat el fiind in stadiu de experiment datorita dezavantajelor prezentate la transmisiile de voce respeciv refacerea in timp real si fara distorsiuni a vocii. Pentru transmisii de date sistemul este ideal si se foloseste in toate tetelele de transmisii de date.

3.1.4 Transmisii cu spectru extins (imprastiat)

Tehnica CDMA face parte din clasa mai larga a transmisiilor cu spectru extins. Ideea de baza este de a repartiza puterea emisa in mod uniform intr-o banda larga de frecvente

Astfel de comunicatii au fost folosite mai intai de catre armata datorita avantajelor pe care le prezinta:

-evitarea bruiajului deoarece inamicul ar trebui sa realizeze in toata banda de imprastiere o densitate de putere mai mare decat a semnalului util ceea ce este imposibil;

-evitarea interceptiei neautorizate deoarece semnalul fiind de tip zgomot este foarte dificil de selectat si interpretat.

DEFINITIE. O comunicatie este cu spectru extins atunci cand capacitatea canalului exprimata in biti pe esantion Nyquist este mult mai mica decat 1.

Consideram ca pe un canal de banda B [Hz] este transmis un semnal esantionat cu viteza Nyquist de 2B esantioane pe secunda. Intr-un canal AWGN (Additive White Gaussian Noise) numarul maxim de biti pe esantion este, conform ecuatiei lui Shannon

unde C este capacitatea canalului, S/Z raportul semnal pe zgomot. La cresterea benzii B, raportul S/Z scade si se micsoreaza deci si numarul de biti pe esantion C.

Potrivit principiului transmisiei cu spectru extins, exprimat cantitativ si de definitia precedenta, receptorul trebuie sa combine un numar foarte mare de esantioane pentru a extrage un bit de informatie.

Metodele de extindere a benzii de frecventa urmaresc ca

-extinderea de banda sa se faca in conformitate cu un cod

-utilizatorii ce comunica intre ei sa fie sincronizati

-unele semnale sa nu fie innecate in altele din cauza distantelor diferite fata de statia de baza (eliminarea efectului de apropiere);

-Codificarea sursei de informatie si a canalului de transmisie sa se faca in ideea optimizarii performantelor globale si maximizarii cantitatii de informatie vehiculata in sistem.

Exista doua tehnici de transmisie cu spectru extins:

-prin salt de frecventa (FH/SS Frequency Hopping / Spread Spectrum);

-cu secventa directa (DS/SS - Direct Sequence / Spread Spectrum).

In cazul FH/SS comunicatia este comutata succesiv pe unul din cele M canale de banda ingusta ale sistemului, dupa reguli (coduri) identice la emisie si receptie. Daca de exemplu sistemul are M 100 canale de banda ingusta B 10 kHz el ocupa o banda de B_t MHz. Orice comunicatie este comutata pe toate cele 100 de canale din sistem dupa un cod salt pseudoaleator ocupand in orice moment doar o banda de 10 kHz.

Se poate defini castigul de procesare

.

Exista doua variante ale acestei metode

-rapida cand se realizeaza doua sau mai multe salturi (comutari de canale) pe fiecare sinbol transmis

-lenta cand se transmit mai multe simboluri pe acelasi canal B.

Din considerente tehnologice a fost implementata numai cea de-a doua varianta.

A doua metoda - DS/SS consta in multiplicarea fiecarui bit de informatie cu o secventa de cod foarte lunga,denumita chip, pe canal fiind transmis rezultatul acestei multiplicari. In consecinta, pentru aceeasi viteza de transmisiea informatiei, este neceara o viteza mult mai mare de transmisie pe bit si deci un canal cu banda mult mai larga.

De exemplu pentru o viteza de transmisie de 10 kb/s este necesara o banda B=10 kHz. Prin multiplicarea fiecarui bit de informatie cu un chip de 100 de biti este necesara o viteza de transmisie de 1000 kb s si deci de o banda de frecvente de B_t 1 Mhz adica de 100 de ori mai mare. Castigul de procesare se defineste ca si in cazul anterior si in exemplul anterior este de 20 dB.

Transmisie cu spectru extins cu secventa directa, privita ca tehnica de acces multiplu, este denumita CDMA (Code Division Multiple Acces).

3.2 TEHNICA FH/SS

In varianta lenta frecventa de salt este mult mai mica decat viteza de simbol astfel incit pe fiecare dintre frecvente (benzi) se transmit mai multe simboluri. Conditia de banda ingusta din punct de vedere al interferentei intersimbol revine la a impune ca banda de modulatie sa fie mai mica decat banda de coerenta.

In varianta rapida frecventa de salt este mai mare decat viteza de simbol ceea ce conduce la o distributie mai uniforma a puterii de emisie in banda de frecvente alocata sistemului dar prezinta dezavantajul ca sintetizorul de frecventa utilizat la emisie sau la receptie trebuie sa comute rapid frecventa adica sa fie de mare viteza de comutatie. Este evident ca probleme foarte serioase apar in acest caz si cu sincronizarea sintetizoarelor.

Varianta lenta a tehnicii saltului de frecventa (SFH/SS) a fost mai des studiata si chiar a fost implementata intr-un sistem comercial (SFH900). Pe baza acestui sistem au fost evaluate performantele tehnicii SFH/SS in vederea adoptarii ca tehnica de acces multiplu pentru sistemul pan-european de comunicatii mobile GSM.

Ca tehnica de acces multiplu metoda SFH/SS are trei variante de implementare: ortogonala, aleatoare si mixta.

In varianta ortogonala fiecarui utilizator activ i se repartizeaza o secventa de N salturi de recventa astfel ca in fiecare moment pe un canal sa existe un singur utilizator. Ortogonalizarea transmisiei se obtine prin repartizarea convenabila a frecventelor intre celulele unui cluster, intocmai ca la repartizarea frecventelor in sistemul FDMA.

Cluster = o grupare de elemente, cu caracteristici apropiate, care conlucreaza strans, formand o entitate.

Un set anume de salturi de frecventa se poate utiliza in doua celule aflate la o departare mai mare sau egala cu distanta de reutilizare. Se admite ca salturile de frecventa sunt perfect sincronizate in sistem astfel ca interferenta izocanal sa fie aceeasi pe toate frecventele ce compun un salt. Functionarea este similara celei din sistemele FDMA cu deosebirea ca se obtine in plusavantajul diversitatii de frecventa.

In varianta aleatoare fiecare utilizator activ dispune de o secventa de salturi de frecventa, dar diversele secvente utilizate la un moment dat nu sunt corelate intre ele si, deci nu sunt totdeauna ortogonale. Pentru o calitate buna a comunicatiei este necesar ca secventele sa aiba un coeficient mic de intercorelatie. Conditia de corelatie mica este insa mai putin severa decat cea de ortogonalitate, astfel ca se pot utiliza un numar de secvente mult mai mare decat numarul de secvente ortogonale conducand la cresterea capacitatii sistemului. Evident ca in absenta ortogonalitatii interferenta izocanal este in medie mai mare dar variaza aleatoriu de la o frecventa la alta fiind produsa de utilizatori diferiti. Aceasta evolutie a interferentei, denumita diversitate de sursa de interferenta, este o oroprietate specifica a tehnicii SFH/SS si este responsabila de distributia uniforma pe toate frecventele a interferentei din sistem. Prin urmare efectele interferentei se pot usor elimina prin tehnici adecvate de codare a informatiei.Secventele aleatoare de salt de frecventa se repartizeaza aleatoriu celulelor din sistem fara a tine seama de distanta de reutilizare.

In varianta mixta fiecarei celule ii este repartizat un set de secvente ortogonale acelasi set fiind folosit dincolo de distanta de reutilizare. Nu se mai asigura insa o sincronizare a secventelor din sistem, acestea aparand ca necorelate. Interferenta izocanal apare numai intre celule aflate peste distanta de reutilizare si, in plus, este si micsorata datorita necorelarii sceventelor de salt (efectul de diversitate de sursa de interferenta). Statistic, datorita necorelarii, secvente identice din celule diferite ajung simultan pe aceeasi purtatoare RF doar o singura data pe parcursul saltului.

Varianta ortogonala prezinta doar avantajul diversitatii de frecventa, in timp ce varianta aleatoare il are si pe cel al diversitatii de sursa de interferenta. De aceea varianta aleatoare a fost preferata in implementarile practice de pina acum. Studii aprofundate au aratat ca in mediul radiomobil celular cu celule sectorizate varianta mixta ofera mai multe posibilitati de optimizare si, principial, o mai buna utilizare a spectrului.

In Figura 3.3 este prezentata structura unui sistem celular cu SFH/SS in care fiecare celula este divizata in trei sectoare (notate A, B, C). Fiecarui sector ii este atasat un set distinct de N frecvente de salt. Sectoarelor ce utilizeaza aceleasi frecvente le sunt alocate secvente de salt diferite ce coincid temporal (coliziune) numai pe una din frecvente. Din aceeasi cauza un utilizator dintr-un sector este interferat de un altul din sectoarele ce folosesc aceleasi frecvente doar pe una din acestea, astfel ca frecdventa coliziunilor este cel mult egala cu 1/N.

Pentru reducerea numarului mediu de coliziuni s-au elaborat scheme sofisticate de alocare a frecventelor in care se definesc subgrupe ale fiecarui set de frecvente. Preluand terminologia din teoria grafurilor (pe care o utilizeaza intens) fiecare set de frecvente este definit ca o culoare, iar subgamele ca nuante. In Figura 3.4 este prezentata o schema de alocare a frecventelor denumita structura fractionara 21/7 deoarece are un total de 3 culori (seturi de frecvente) sunt divizate in 21 de nuante (cate 7 la fiecare culoare).

Pentru minimizarea numarului de coliziuni nuantele fiecarei culori trebuie sa aiba un numar minim de suprapuneri.

Fata de sistemul cu celule nesectorizate numarul mediu de coliziuni se reduce cu un factor egal cu raportul dintre numarul de nuante ce se suprapun si numarul de nuante ale culorii respective. In tabelul I se prezinta o repartitie posibila a frecventelor pe 7 nuante. Se observa ca fiecare nuanta se suprapune cu numai alte doua nuante din aceeati culoare.

Tehnica SFH/SS asigura, teoretic, o eficienta spectrala de doua pana la 4 ori mai mare decat tehnica TDMA.

Deoarece cea de-a doua tehnica de extindere a spectrului (DS-SS) a fost intens studiata si aplicata in domeniul comunicatiilor mobile, sfiind aleasa ca tehnica de acces miltiplu de unul din standardele propuse in SUA, o vom prezenta mai pe larg in subcapitolul urmator.

3.3 TEHNICA DS SS

Tehnica CDMA, ca tehnica de acces multiplu, a fost si este utilitata in comunicatiile prin satelit si in sistemele mobile terestre.

Metoda presupune prelucrarea informa iei conform schemei din Figura 3.5. Datele D(x) transmise cu viteza R moduleaza o purtatoare RF de frecventa f₀ si sunt multiplicate apoi cu secventa de cod G(t) formand secventa real transmisa S_t cu viteza R_p si care ocupa banda B_t. Dupa un timp egal cu timpul de propagare T se receptioneaza semnalul S_t(t-T) care este aplicat unui corelator impreuna cu aceeasi secventa G(t) ca si la emisie. Prin demodularea semnalului de la iesirea corelatorului se obtine secventa de informatie X(t). Sa presupunem ca purtatoarea de RF de frecventa f₀ este modulata in faza (BPSK) de secventa X(t). Avem

     

Figura 3.5 Schema bloc a transmisiunii CDMA

Prin multiplicare cu secventa G(t) obtinem

     

La receptie, semnalul S_t(t-T), intarziat din cauza propagarii, este aplicat la intratrea corelatorului si multiplicat cu secventa G(t-T^'), rezultand:

unde T este valoarea estimata a intarzierii.

Atunci cand estimarea este corecta, deoarece G(t) 1, obtinem

     

astfel ca

semnal din care se obtine, prin demodulare, secventa binara initiala X(t) intarziata cu valoarea timpului de propagare.

Secvente de zgomot pseudoaleator. Secventele de cod pentru multiplicare trebuie sa fie diferita epntru diversi utilizatori si, trebuie sa fie cat mai putin corelate intre ele pentru a evita interferentele. In comunicatiile civile aceste secvente sunt reciproc ortogonale (intercorelatia 0) fiind familii de coduri Walsh. In comunicatiile militare este util ca aceste coduri sa nu fie cunoscute pentru a se evita interceptarea neautorizata a comunicatiei. Se folosesc, de asemenea, coduri generate automat si cu structura aleatoare. Totalitatea acestor secvente de lungime fixa formeaza o familie cu caracteristici apropiate zgomotului, si se numesc, in consecinta, secvente de zgomot pseudoaleator.

Principalele proprietati ale unei familii de secvente binare pseudoaleatoare sunt

-in secventele de lungime mare, aproximativ jumatate din timpul total G si in cealalta jumatate, G

-intervalele de timp de semn constant (+1 sau -1) de lungime rT_c se produc aproximativ de 2^-rp ori intr-un interval de timp pT_c

-autocorelatia secventelor G(t) si G(t t) este foarte mica peste tot cu exceptia unei vecinatati a lui t (t

-corelatia a doua secvente G₁(t) si G₂(t) este foarte mica.

In Figura 3.6 este prezentata schema bloc a unui generator de secventa pseudoaleatoare.

Figura 3.6 Generator de secvente pseudoaleatoare

Blocurile X₁, X₂, X₃, .sunt registre de deplasare de 4 biti, iar blocul + este un sumator modulo 2. Corespunzator celor 4 pozitii el poate genera o secventa de lungime . Pornind de la starea notata in figura cu 1000 el parcurge, succesiv, starile: 1000, 0100, 0010, 1001, 1100, 0110, 1011, 0101, 1010, 1101, 1110, 1111, 0111, 0011, 0001, 1000, etc. Fiecare din cei patru biti genereaza la iesite secventa 000100110101111.

Daca T_p este perioada unei asemenea secvente, atunci functia de autocorelatie:

devine

T_c fiind durata unui bit din secventa pseudoaleatoare (Figura 3.7). Proprietatile mentionate anterior sunt de mare importanta pentru un sistem mobil de comunicatii. De exemplu, pentru T T_p si , in cazul unei intarzieri t datorata propagarii multitraiectorie, semnalul intarziat este atenuat de ori. Daca puterea semnalului atenuat este de ori, adica dB. In mod real transmisia datelor se face intr-un interval de timp egal aproximativ cu jumatate din T, astfel ca functia de autocorelatie devine Daca cele doua integrale au acelasi semn atenuarea semnalului intarziat este intr-adevar de circa 48 dB. Daca, insa, integralele au semne contrare atenuarea semnalului intarziat este de numai 16 dB.

Semnalele transmise in tehnica cu spectru extins sunt putin afectate de semnale perturbatoare de banda ingusta. Aceasta, deoarece multiplicarea cu secventa G(t) la receptie, in timp ce readuce semnalul util in banda de frecven e originala, produce o distribuire a energiei semnalului perturbator aproape uniform in banda, interferenta reducandu-se la o usoara crestere a nivelului de zgomot la receptie. Intr-adevar refacerea spectrului original al semnalului util se datoreaza indeplinirii conditiei (3.6.). Deoarece semnalul perturbator de banda ingusta de la receptie nu este multiplicat cu o secventa G(t), la receptie, relatia (3.5) se reduce pentru semnalul perturbator la forma (3.4) ceeace inseamna cresterea benzii de frecvente cu castigul de procesare.

4. SISTEME DIGITALE DE RADIOCOMUNICATII MOBILE

CELULARE

ARHITECTURA UNUI SISTEM GSM

Unitatea mobila MS contine un emitator receptor MT-Mobile Terminal si un echipament terminal TE. Acesta din urma poate fi un aparat telefonic, un emitator de date sau ambele simultan. Daca este necesar, intre TE si MT se pot introduce blocuri de adaptare. MT contine blocurile utile unei comunicatii radio, adica emitatorul si receptorul propriuzise, comutatorul de canale RF, codorul/decodorul de canal, vocoderul (codorul/decodorul informatiei vocale), etc. Interfata radio MS BS este notata in figura prin U_m. Statiile mobile pot fi transportabile (montate pe vehicule) sau portabile (transportate de persoane fizice).

Statiile de baza BS sunt divizate functional in doua blocuri un bloc radio (tranceiver-BTS) si un bloc de control (BSC). Ele comunica printr-o interfeta definita de un protocol standard (A-bis). Blocul radio asigura alocarea canalelor de comunicatie (gestionarea spectrului), urmareste calitatea transmisiei, gestioneata informatia de semnalizare asociata, transmite informatiile generale de sistem si stabileste secventa de salt de frecventa. El mai controleaza si nivelul puterii de emisie, asigura codarea si decodarea informatiei, adapteaza viteza de transmisie a datelor, la caracteristicile temporare ale canalului si initiaza eventualele transferuri intercelulare. Blocul de control aasigura toate celelalte functii de control. De exemplu, poate controla functionarea tuturor blocurilor radio ale statiilsor de baza instalate fizic in acelasi loc.

Un grup de BS sunt coordonate de un centrul de comutare mobil (MSC). Comunicatiile intre BS si MSC sunt standardizate (interfata A). MSC asigura rutarea unei comunicatii, interconectarea cu alte sisteme de comunicatii, alertarea (paging) unei MS cand este chemata de o alta, localizarea unei MS in sistem, transferurile inter-si-intra-celulare, verificarea codului de identificare al MS (autentificare) pentru a se evita accesarea neautorizata a sistemului. Transferul intracelular este o caracteristica introdusa pentru prima data in standardul GSM si consta in comutarea comunicatiei pe un alt canal atunci cand calitatea ei pe canalul curent scade sub o limita prestabilita, MS ramanand in aceeasi celula.

Pentru asi realiza functiile MSC dispune de un registru al MS inscrise in celulele BS coordonate de el (HLR-Home Location Register). Continutul acestor registre este permanent reactualizat cu ajutorul informatiilor schimbate de MS cu BS si MSC pe canalul de semnalizare. Acest schimb se produce chiar si cand MS nu este activ (dar, alimentat). Fiecarui MS ii este stabilit un cod de identificare de catre producator, codul fiind unic si memorat in cartela de identificare IMSI (International Mobile Subscriber Identity). Periodic, MS transmite acest cod catre MSC ceea ce ii permite acestuia sa determine pozitia MS in sistem (in functie de BS care il receptioneaza) operatie ce se numeste localizare. Pe baza aceluiasi cod MSC realizeaza si autentificarea MS. Pelanga actualizarea registrelor HLR si VLR proprii MSC transmite rezultatul localizarii si catre MSC de resedinta al MS pentru alertarea rapida a acesteia in caz de apel.

Intregul sistem de comunicatie este gestionat, intretinut si depanat de catre un centru de coordonare si intretinere OMC (Operations and Maintenance Center). Acesta detine lista tuturor MS inregistrate (AuC- Authentication Center) si tine evidenta activitatii de comunicatie a fiecarei MS in vederea intocmirii notelor de plata.

Pentru initierea unei convorbiri o unitate mobila (MS) detecteaza statia de baza (BS) cu cel mai puternic semnal si transmite catre aceasta cererea de convorbire pe un canal rezervat (BCCH). BS ii aloca un canal duplex de semnalizare si transmite cererea catre MSC coordonator. Acesta verifica validitatea cererii (autentificarea) prin consultarea bazelor de date AuC si HLR si retine tipul de comunicatie (voce/date) solicitat. Dupa aceste preliminarii MS primeste un canal duplex de comunicatie de la BS iar MSC ruteaza comunicatia catre MS apelat. Eventual, se realizeaza transferuri inter-si/sau intra-celulare. Daca transferul intercelular implica doua BS coordonate de acelasi bloc de control, atunci MSC nu este implicat in realizarea transferului, fiind numai informat asupra realizarii lui.

2. CANALE LOGICE

Pe langa informatiile schimbate de utilizatori in sistem circula un anumit volum de informatii legat de controlul acestui schimb. Cele doua tipuri de informatii sunt transmise pe canale de tip diferit: canale de trafic (TCH) pentru informatia de baza si, respectiv, canale de control (CCH) pentru informatia auxiliara.

In standardul GSM, definit structural conform arhitecturii OSI cu 7 nivele, exista doua tipuri de canale de trafic: de viteza normala, adica 22,8 Kb/s, notate TCH/F si de viteza redusa, adica 11,4 Kb/s, notate TCH/H (H-de la Half-rate=viteza pe jumatate). Canalele TCH/F ocupa ferestre cu acelasi numar de ordinene in cadre TDMA succesive, iar canalele TCH/H ocupa ferestre cu acelasi numar de ordine in cadre TDMA alternative. Canalele TCH/H au fost definite pentru cresterea capacitatii sistemului (2 utilizatori ocupa alternativ pe cadre aceeasi fereastra) in cazul transmisiilor vocale cu vocodere de mare performanta ce asigura aceeasi calitate a semnalului vocal la viteza de codare redusa. Viteza de transmisie pe canalele TCH/F este de 22,8 Kb s numai pentru date, semnalul vocal fiind transmis cu viteza de 9,6; 4,8; sau 2,4 Kb/s. Pe canale TCH H semnalul vocal este transmis cu viteza de 4,8 sau 2,4 Kb/s.

Standardul GSM defineste 4 tipuri de canale de control (CCH)

-canale de difuzare a informatiei (BCCH)- folosite pentru transmiterea pe legatura directa a informatiilor de uz general in sistem, precum si semnale de corectie a frecventei de emisie a MS, de sincronizare a ferestrelor de timp, de identificare a BS, etc.

-canale comune de control (CCCH) - pe care se transmit apelurile de comunicatie de catre MS si BS si confirmarile de alocari de canale TCH sau CCH

-canale dedicate de control (SDCCH) - folosite pentru schimbul de informatii dintre BS si MSC la inceputul unei noi comunicatii pentru stabilirea tipului acesteia (voce/date/teletext etc.)

-canale asociate de control (ACCH) - prin care se transmit comenzi catre MS privind reglarea puterii de emisie precum si informatii de sistem catre BS (de exemplu, nivelul campului receptionat de mobil la diverse BS). Canalele ACCH sunt totdeauna asociate unui canal TCH sau CCH si pot lucra la viteza normala (FACCH) sau la viteza pe jumatate (SACCH).

3. CANALE FIZICE

Intr-un sistem TDMA pur un canal fizic reprezinta o fereastra de timp avand un numar de ordine intr-o secventa structurata denumita cadru. Sistemul GSM foloseste tehnica TDMA de acces multiplu in combinatie cu saltul de frecventa, astfel ca un canal fizic reprezinta o succesiune de ferestre de timp in cadre succesive, dar numarul de ordine al ferestrei in cadru se modifica de la un cadru la altul in functie de secventa de salt utilizata. Fiecare purtatoare RF contine cadre cu cate 8 ferestre.

Pentru a evidentia modul foarte elaborat de realizare a unui canal fizic in standardul GSM prezentam in continuare materializarea canalului vocal de viteza normala (TCH/FS) impreuna cu canalele de control asociate (SACCH si FACCH). Prezentarea urmareste, in parte, exemplificarea din [98].

Blocul de digitizare a semnalului vocal (vocoder) furnizeaza 260 biti la fiecare interval de timp de 20 milisecunde (viteza de codare-13Kb/s). Cei 260 de biti sunt impartiti in trei grupe distincte (Figura 4.2):

-un grup de 50 de biti (clasa C_1a ) ce poarta informatia cea mai semnificativa sunt transmisi cu protectie maxima fiind codati cu un cod ciclic detector de erori. Codarea revine, de fapt, la adaugarea a trei biti de paritate la sfartitul grupului de 50 biti;

-un grup de 132 biti (clasa C_1b) continand, de asemenea, informatie semnificativa, dar protejati numai cu un cod ciclic de lungime 5 si rata ½, la finalul grupului adaugandu-se un numar de 4 biti de 0.

-un grup de 78 biti (clasa C₂) continand informatie mai putin semnificativa si care se transmit fara protectie.

Deci, pentru cei 260 de biti ai unui bloc de la iesirea vocoderului se transmit un numar de biti la fiecare 20 milisecunde, rezultand o viteza de transmisie a semnalului vocal de 22,8 Kb/s.

Cei 456 de biti nu se transmit succesiv pentru a evita aparitia erorilor grupate la receptie, erori ce pot aparea in principal din cauza fadingului, dar nu numai. Se formeaza mai intai 8 subblocuri de cate 57 biti, apoi se realizeaza o intercalare matriciala in cadrul fiecarui subbloc. Intercalarea matriciala inseamna scrierea succesiva a bitilor, de exemplu, pe liniile unei matrici urmata de citirea lor pe coloanele matricii. Doua subblocuri de 57 biti se grupeaza in blocuri de cate 114 biti, intre cele doua subblocuri introducandu-se 2 biti de semnalizare hl si hu.

Acestia informeaza receptorul asupra tipului canalului (voce/date/control) din care face parte blocul de 114 biti. Urmeaza o intercalare a subblocurilor de 57+1 biti ultimele 4 subblocuri ale unui bloc de 456 biti se grupeaza cu primele 4 subblocuri ale blocului urmator de 456

Doua subblocuri de cate 57+1 biti se transmit pedurata unei ferestre de timp in succsesiunea prezentata in Figura 4.3, adica: la inceputul primului subbloc si la sfarsitul delui de-al doilea se introduce cate un grup de 3 biti de 0 (TB - Tail Bits) necesari resetarii memoriei egalizorului Viterbi din receptor, iar intre cele doua subblocuri se inreoduce o secventa de 26 biti de sincronizare. O secventa de sincrnizare incepe si se termina cu un grup de 5 biti ce fac parte dintr-o secventa pseudoaleatoare specifica fiecarei BS. In acest fel, receptorul poate distinge intre mai multe BS receptionate simultan. Cei 16 biti din centrul secventei de sincronizare sunt utilizati pentru egalizarea de canal, iar grupele de cate 5 biti sunt utilizate pentru optimizarea detectorului Viterbi din receptor. Fereastra se termina cu un interval de timp de garda de 4,76 microsecunde (aproximativ 8,25 biti) necesar pentru reducerea ISI la receptie.

O fereastra contine deci 156,25 biti si dureaza aproximativ 0,577 milisecunde, iar un cadru fiind format din 8 ferestre succesive rezulta ca avand o durata de 4,615 milisecunde. Un utizator foloseste numai o fereastra dintr-un cadru, in care transmite 114 biti de informatie. Deci, viteza de transmisie pe canalul vocal este de 114 biti/4,615milisecunde=24,7 Kb/s, suficienta pentru a prelua informatia transmisa de vocoder cu viteza de 22,8 Kb/s. Rezerva de capacitate a canalului de aproximativ 1,9 kb/s esteutilizata pentru a crea canalul fizic de control asociat de viteza redusa (SACCH).

Pe canalul TCH/FS 26 de cadre succesive formeaza un multicadru cu durata de 120 milisecunde, iar 51 de multicadre formeaza un supercadru cu durata de 6,12 secunde.

In sfarsit, 2048 de supercadre formeaza un hipercadru cu durata de 3 ore si 28 de minute. In canalul vocal de viteza redusa TCH/HS un multicadru contine 51 de cadre si dureaza 235 milisecunde, iar un supercadru contine numai 26 de asemenea multicadre, avand aceeasi durata de 6,12 secunde ca si pe canalul cu viteza normala. Organizarea pe supercadre si hipercadre este impusa de secretizarea informatiei transmise. Numarul de ordine al unui cadru intr-un multicadru si/sau hipercadru este folosit la codificarea informatiei si se asigura, astfel, un grad crescut de protectie a acesteia (confidentialitate). Organizarea pe unitati de timp a unui canal este prezentata in Figura 4.3)

Succsesiunea de operatii asupra semnalului vocal transmis pe canalul TCH/FS se poate urmari si pe schema bloc din Figura 4.4. Semnalul vocal este digitizat in blocul de codare. Acesta controleaza un detector al activitatii vacale ce intrerupe emisia in pauza dintre cuvinte. Un grup de 50 de biti de la iesirea blocului de codare sunt codificati cu un cod corector de erori (53,50), apoi bitii sunt reordonati si cei 53 biti rezultati din codificarea anterioara impreuna cu alti 132 biti semnificativi sunt codificati cu un cod ciclic de lungime 5 si rata ½ in blocul CC (5.1.2). Urmeaza o intercalare a tuturor celor 456biti, o secretizare a informatiei, o regrupare pe subblocuri si, an sfarsit, modularea GMSK a emitatorului.

La receptie se refac operasiunile precedente in ordine inversa, adica: demodulare GMSK si egalizare, reordonarea corecta a subblocurilor de 57+1 biti, desecretizarea, reordonarea bitilor, decodificarea CC(2,1,5), o noua reordonare, decodificarea (53,50) si, in final, refacerea semnalului vocal analogic.

Apare, insa, un bloc suplimentar generatorul de zgomot de confort. Acesta injecteaza un zgomot in receptor pentru ca in pauzele de emisie dintre cuvinte sa nu existe o liniste totala in difuzor, echivalenta cu intreruperea liniei de comunicatie. Aceasta liniste totala creeaza o senzatie foatre neplacuta ascultatorului, senzatie ceeste eliminata prin injectie de zgomot artificial.

Asa dupa cum s-a afirmat anterior, canalul asociat de control de viteza redusa SACCH se realizeaza fizic pe baza rezervei de capacitate a canalului TCH/FS an raport cu viteza de transmisie de la iesirea vocoderului. Pentru utilizator sunt rezervate ferestre de timp cu numerele de ordine corespunzatoare din fiecare cadru, cu exceptia cadrelor cu numerele 13 si 26 dintr-un multicadru. In acest fel viteza medie de transmisie pe canalul TCH FS se reduce la Kb s, egala cu viteza de bit a vocoderului.

Fereastra din cadrul 13 este folosita pentru a transmite informatiile de control (950 b/s) ale canalului SAHHC, iar cea din cadrul 26 este lasara libera. Ea este utilizata numai pentru canale vocale de viteza redusa TCH HS, cand o aceeasi fereastra este utilizata alternativ pe cadre de doi utilizatori si deci, este nevoie de un numar dublu de ferestre pentru canalul SACCH.

Canalul asociat de control de viteza mare FACCH se creeaza prin eliminarea, pur si simplu, a informatiei vocale. In momentul in care apare necesitatea transmiterii rapide a unei informatii de control un grup de 456 biti de informatie vocala sunt inlocuiti cu tot atatia biti de control, organizati tot in subblocuri de cate 57 biti. Se modifica doar valorile bitilor hl si hu dintre subblocuri pentru ca receptorul sa interpreteze corect continutul ferestrei ca fiind biti de control si sa-si modifice functionarea in conformitate cu comanda primita. Solutii foarte elaborate si ingenioase au fost gasite si pentru implementarea fizica a celorlalte canale logice (BCCH, CCCH, RACH, SDCCH, etc.) si pot fi gasite in literatura [98], [104].

HSCSD

Prin tehnologia HSCSD se adauga o facilitate suplimentara interfetei radio a GSM: alocarea a doua sau mai multe ferestre de timp dintr-un cadru pentru sustinerea unei comunicatii. Ca urmare, viteza maxima de transmisie a datelor este un multiplu al vitezei maxime de transmisie din sistemul GSM (9,6 Kb/s).

In figura nr. 3.1 este prezentata noua arhitectura de retea a unui sistem GSM ce permite gruparea mai multor canale GSM pentru a forma un canal HSCSD.

La emisie unitatea mobila divizeaza sirul de date generat in n siruri independente egal cu numarul de canale GSM (ferestre de timp) ce i-au fost alocate, transmisiile pe fiecare din canale se desfasoara in aceleasi conditii ca si in sistemul GSM, iar la nivelul unitatii de control al statiilor de emisie-receptie cele n siruri de date sunt regrupate in sirul unic generat de unitatea mobila, sir ce este transmis in continuare prin MSC catre unitatea BSC in aria careia se afla unitatea mobila corespondenta. Unitatea BSC divide sirul de date receptionat intr-un numar de siruri egal cu numarul de canale GSM alocate acestei unitati mobile, transmite independent pe aceste canale GSM sirurile de date obtinute, iar unitatea mobila reface datele initiale prin concatenarea sirurilor de date receptionate.

Atat la nivelul unitatii mobile (MS), cat si la cel al subsistemului statiilor de baza (BSS) trebuie introdusa o functie suplimentara care sa permita divizarea sirului de date generat de statia mobila in n siruri de date (teoretic, n poate lua valori intre 1 si 8), transmisia acestora pe n canale GSM (ferestre de timp) si refacerea sirului de date la nivelul unitatii de control al statiilor de emisie/receptie (BSC). Transmisiile pe cele n canale sunt independente din punctul de vedere al controlului puterii de emisie si al erorilor de transmisie, insa ele trebuie coordonate din punctul de vedere al functiilor de retea (precum transferul si saltul de frecventa, de exemplu). Pe portiunea retelei fixe dintre unitatile BSC datele sunt transmise pe un canal ISDN unic, indiferent de numarul de canale GSM ce compun canalul HSCSD. Viteza de transmisie maxima obtenabila prin tehnologia HSCSD este, deci, de 64 Kb/s.

Transmisiile HSCSD pot fi simetrice (numar egal de canale GSM pe cele doua sensuri) sau asimetrice (numar mai mare de canale GSM pe sensul dinspre BTS catre MS). La conectare unitatea mobila specifica numarul maxim de canale GSM pe care il solicita si daca aceasta limita este modificabila la cerere pe parcursul comunicatiei, iar reteaua aloca, daca are disponibile, acest numar de canale cel putin pe legatura directa (BTS catre MS), iar pe legatura inversa (MS catre BTS) - cel putin un canal GSM.

Unitatile mobile capabile sa suporte transmisii HSCSD se impart in 18 clase dupa numarul maxim de canale GSM pe care pot sa lucreze simultan si in doua tipuri, dupa existenta sau nu a facilitatii de a emite si receptiona simultan (vezi Tabelul nr. 3.1)

GPRS

GPRS ofera un serviciu suplimentar de comunicatie prin care se imbunatateste substantial si se simplifica accesul utilizatorilor mobili la retele de transmisii de date in pachete, precum reteaua Internet. El consta in aplicarea aceleiasi tehnici de transmisii de date in pachete si pe canalele radio GSM, motiv pentru care datele utilizatorilor mobili pot fi transmise direct catre retelele externe de date. Transmisiile in pachete pe calea radio faciliteaza intreteserea mai multor comunicatii pe acelasi canal radio si sporesc, astfel, eficienta de utilizare a spectrului. Timpul de acces si viteza de transmisie sporesc simtitor. Astfel, daca in sistemele GSM timpul de acces este de cateva secunde si viteza maxima este limitata la 9,6 Kb/s, in sistemele GPRS timpul de acces este mai mic de o secunda, iar viteza maxima de transmisie este de peste 150 Kb/s. In plus tarifarea comunicatiilor se face in functie de cantitatea de informatie vehiculata de utilizatorul mobil si nu in functie de timpul de ocupare a canalului radio. Acest tip de tarifare este avantajos pentru comunicatiile intermitente de genul accesului la reteaua Internet in care utilizatorul este conectat la retea o perioada mai mare de timp, dar transmite date in intervale de timp mici cu pauze lungi intre doua transmisii.

In concluzie, serviciul GPRS creste eficienta de utilizare a resurselor radio, simplifica accesul utilizatorilor mobili la retelele fixe de transmisii date, asigura timp mic de acces si viteza mare de transmisie si permite utilizatorului sa achite costurile activitatii efective de comunicatie si nu pe cele mult mai mari asociate timpului de ocupare a canalului de comunicatie.

Arhitectura unui sistem GPRS

Doua principii au stat la baza redefinirii arhitecturii de retea in vederea implementarii functiilor GPRS: separarea neta dintre entitatile GPRS si entitatile radio (BTS si BSC) ale GSM si neintroducerea de modificari in structura si functiile MSC. Primul principiu asigura independenta functionarii entitatilor GPRS in raport cu interfata radio a sistemului si, in acest fel, posibilitatea implementarii functiilor GPRS si in alte sisteme celulare in afara celor GSM. Al doilea principiu este rezultatul unor constrangeri economice, MSC fiind entitatea cea mai complexa si mai scumpa dintr-un sistem GSM. Nefiind necesare modificari in structura si functiile acestuia costul implementarii functiilor GPRS este mai mic.

Pentru realizarea functiilor specifice GPRS in arhitectura clasica a unui sistem GSM a fost introdusa o noua clasa de noduri de retea numite noduri suport GPRS (GSN - GPRS Support Node). Aceste noduri sunt responsabile de preluarea pachetelor de date de la statiile mobile, rutarea acestora prin retea si livrarea catre retelele externe cu transmisii de date in pachete. Un nod GSN server (SGSN - Server GSN) este responsabil de livrarea pachetelor de date de la si catre statiile mobile din interiorul ariei sale de responsabilitate. Sarcinile lui includ rutarea pachetelor si transferul comunicatiilor, managementul mobilitatii (conectare/deconectare si localizare) si functiile de taxare si de autentificare. Registrul de locatie al unui nod SGSN inmagazineaza informatii despre localizarea si profilul tuturor utilizatorilor GPRS inregistrati in respectivul SGSN.

Un nod GSN poarta (GGSN - Gateway GSN) este o interfata intre magistrala retelei GPRS si retelele de pachete de date externe. El converteste pachetele GPRS ce vin de la SGSN in formatul corespunzator protocolului retelei de date cu transmisii in pachete (PDN) si le transmite retelei corespunzatoare. Pe de alta parte, adresele PDN ale pachetelor de date ce sosesc sunt convertite in adrese GSM ale utilizatorilor destinatari. Pachetele readresate sunt transmise catre nodurile SGSN corespunzatoare. In acest scop, nodul GGSN inmagazineaza in propriul registru de locatie numarul nodului SGSN curent pentru toti utilizatorii din reteaua GPRS, precum si profilurile lor. De asemenea nodul GGSN realizeaza functiile de autentificare si taxare. In general, exista o relatie de 'mai multi la mai multi' (many-to-many) intre nodurile SGSN si nodurile GGSN: un nod GGSN este interfata cu retelele externe de date pentru mai multe noduri SGSN, iar un nod SGSN isi poate ruta pachetele sale spre diferite noduri GGSN pentru a putea ajunge la diferite retele externe de date.

Figura nr. 3.2 prezinta, de asemenea, interfetele dintre noile noduri ale retelei si reteaua GSM clasica. Astfel, interfata Gb conecteaza unitatile BSC 3U nodul SGSN. Prin intermediul interfetelor Gp si Gn sunt transmise datele utilizatorilor si cele de semnalizare intre nodurile GSN. Daca nodurile SGSN si GGSN sunt localizate in aceeasi retea GPRS se foloseste interfata Gn, iar daca acestea se afla in retele GPRS diferite se foloseste interfata Gp. Toate nodurile GSN sunt interconectate prin intermediul unei magistrale GPRS bazate pe protocolul IP. In interiorul acestei magistrale, nodurile GSN incapsuleaza pachetele de date si le transmit folosind protocolul de tunelare GPRS (GTP - GPRS tunneling protocol). Exista doua tipuri de magistrale GPRS:

- magistrale intra-GPRS care conecteaza noduri GSN ale aceleiasi retele GPRS fiind retele IP private ale furnizorului de servicii GPRS.

- magistrale inter-GPRS care conecteaza noduri GSN din diferite retele GPRS, caz in care este necesar un contract de roaming intre cei doi furnizori de servicii GPRS.

In figura nr. 3.3 se prezinta magistralele intra-GPRS ale doua retele GPRS diferite, conectate prin intermediul unei magistrale inter-GPRS.

Portile dintre retelele GPRS si magistralele inter-GPRS externe se numesc porti de frontiera (BG - Border Gateways). Printre altele ele1 realizeaza functii de securitate pentru a proteja magistralele intra-GPRS private de atacuri si utilizare neautorizata. Interfetele Gn si Gp sunt definite si intre doua noduri SGSN. Aceasta permite nodurilor SGSN sa schimbe informatii privind profilul utilizatorilor, atunci cand o statie mobila se deplaseaza dintr-o zona in alta. Prin intermediul interfetei Gf nodul SGSN poate interoga o statie mobila ce solicita sa se inregistreze in retea asupra identitatii IMEI proprii. Interfata Gi conecteaza reteaua PLMN cu retelele externe PDN private sau publice, cum ar fi Internetul sau retelele intranet ale companiilor.

Registrul HLR stocheaza profilul utilizatorilor, numarul nodului SGSN curent si adresa (adresele) PDN pentru fiecare utilizator GPRS din retea. Interfata Gr este folosita pentru schimbul de informatii dintre registrul HLR si nodurile SGSN. De exemplu, prin aceasta interfata un nod SGSN informeaza HLR despre locatia curenta a unei statii mobile (MS). Cand statia mobila se inregistreaza intr-un nou nod SGSN, registrul HLR ii poate transmite acestuia profilul utilizatorului. Calea de semnalizare intre un nod GGSN si registrul HLR (interfata Gc) poate fi folosita de GGSN pentru a solicita locatia utilizatorului si profilul acestuia cu scopul de a reactualiza informatia din propriul sau registru de locatie. In plus, centrul de control MSC poate fi extins cu functii si intrari de registri care sa permita o coordonare eficienta intre serviciile GPRS (cu comutare de pachete) si cele GSM (cu comutare de circuite). De exemplu, se poate realiza actualizarea combinata a localizarii GPRS cu cea non-GPRS, precum si procedeele combinate de conectare. Mai mult, cereri de paging pentru comunicatii GSM clasice (vocale) realizate cu comutare de circuite pot fi transmise prin intermediul nodurilor SGSN. In acest scop, interfata Gs conecteaza bazele de date ale nodurilor SGSN si cele din MSC. Pentru a schimba mesaje SMS prin intermediul GPRS, se defineste interfata Gd. Ea interconecteaza serverul pentru mesaje scurte al MSC (SMS-GMSC) cu nodurile SGSN.

Clase de unitati mobile GPRS

Comunicatiile vocale pot fi sustinute de orice unitate mobila capabila sa realizeze comunicatii GPRS, insa in functie de modul in care cele doua functii se pot combina se definesc trei clase de statii mobile:

-statii mobile de clasa A ce suporta comunicatii vocale simultan cu servicii GPRS;

-statii mobile de clasa B ce se pot inregistra in retea atat pentru servicii GPRS, cat si pentru servicii GSM, dar nu pot oferi decat un singur tip de comunicatie la un moment dat;

-statii mobile de clasa C ce se pot inregistra fie pentru servicii GPRS, fie pentru servicii GSM conventionale, dar nu simultan. O exceptie o constituie mesajele scurte SMS, care pot fi receptionate si transmise fie ca serviciu GSM, fie ca serviciu GPRS indiferent de tipul inregistrarii.

EDGE

EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution - sistem cu viteza imbunatatita de date pentru cresterea performantelor sistemelor GSM) reprezinta o tehnologie pe baza careia sistemul GSM de generatia a doua poate oferi servicii specifice sistemelor din generatia a treia fara modificarea spectrului de frecventa alocat. Aceasta tehnologie prezinta avantajele ca se implementeaza rapid, utilizeaza resursele existente in sistemele GSM si introduce in mod treptat caracteristici 3G.

EDGE utilizeaza canale radio de aceeasi latime ca si GSM si aceeasi structura de ferestre de timp si poate fi privita ca o interfata radio generica ce asigura viteze mari de transmisie, facilitand tranzitia gradata catre sisteme 3G.

Desi EDGE a fost proiectata pentru aplicatii in sistemul GSM ea poate fi implementata in oricare alt sistem ce foloseste diviziunea de timp (TDMA) pe interfata radio.

EDGE creste, in primul rand, performantele interfetei radio a GSM, dar poate fi privita si ca un concept ce permite sistemelor GSM sa ofere tipuri noi de servicii. EDGE permite cresterea raportului semnal/zgomot la receptie prin controlul asupra calitatii legaturii adaptand codarea de canal pentru protectia datelor la parametrii in permanenta schimbare ai canalului radiomobil si asigurand, astfel, cea mai mare viteza de transmisie a datelor permisa de calitatea curenta a canalului.

La o aceeasi viteza de bit pe canal de 271 Kb/s, prin tehnologia EDGE se poate atinge o viteza de bit de 69,2 Kb/s pe fiecare fereastra de timp, fata de numai 22,8 Kb/s in sistemele GSM conventionale.

Tehnologia EDGE, proiectata pentru a creste eficienta spectrala, consta in esenta in introducerea unei scheme de modulatie avansata: 8-PSK (comutarea fazei cu opt stari, trei biti/simbol) si se poate aplica peste ambele tehnologii prezentate anterior pentru cresterea vitezei de date: HSCSD (si se numeste ECSD - Enhanced Circuit Switched Data - transmisii imbunatatite de date cu comutare de circuite) sau GPRS (si se numeste EGPRS - Enhanced GPRS - transmisii GPRS imbunatatite si care sunt, evident, cu comutare de pachete).

Pentru tehnologia EDGE s-a propus si o alta schema de modulatie cu o eficienta spectrala sporita: QOQAM - modulatie de amplitudine in cuadratura cu patru nivele si offset. Prin utilizarea offset-ului se obtine o mai mica variatie a amplitudinii purtatoarei ceea ce conduce la conditii mai putin severe asupra liniaritatii etajului final de amplificare.

In sistemele EGPRS tehnica de control al calitatii legaturii este mai complicata decat cea din sistemele GPRS in sensul ca pe langa schema de codare (CS-1 CS-4) se poate modifica si tipul modulatiei (GMSK sau 8-PSK).

O alta modalitate de adaptare la caracteristicile canalului o constituie variatia incrementala a redundantei: transmisia se face initial cu cea mai mica redundanta posibila (deci viteza mare de transmisie a datelor) si aceasta este crescuta pana cand decodarea informatiei la receptie se face fara erori. Cand canalul este neperturbat sau slab perturbat aceasta se intampla la valori mici ale redundantei, iar cand este puternic perturbat redundanta de transmisie atinge valori mari. Cresterea redundantei se face prin micsorarea numarului de biti eliminati (punctured), dintre cei introdusi prin codarea convolutionala.

in tehnologia EDGE sunt definite doua tipuri de unitati mobile: un tip ce suporta modulatia 8-PSK pe ambele sensuri de comunicatie si un al doilea tip ce suporta modulatia 8-PSK numai pe legatura directa (de la BSS catre MS). Evident ca in ultimul caz viteza maxima de transmisie pe legatura este mai mica decat cea pe legatura directa, dar acesta nu este un dezavantaj major, deoarece se estimeaza ca majoritatea transmisiilor in sistemele mobile viitoare vor fi asimetrice, cu fluxuri de date mai intense pe legatura directa, corespunzatoare navigarii pe Internet si transportului de fisiere catre unitatile mobile.

In Tabelul 3.5 sunt prezentate comparativ vitezele maxime de transmisie in sistemele GSM pentru diverse servicii de transmisii de date.

SISTEME DECT

Standardul DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications system - sistem digital imbunatatit de telecomunicatii fara fir) defineste sisteme duplex de comunicatii digitale prin radio de mica putere proiectate pentru a acoperi distante de pana la 200 metri. In aplicatii speciale cu antene directive se pot atinge si distante de peste 1000 metri fata de emitator.

Spre deosebire de standardul GSM care are specificatii de foarte mare detaliu pentru comunicatii vocale standardul DECT defineste numai un cadrul general nefiind specific unei anumite aplicatii. Desi a fost elaborat pornind de la necesitatea cresterii calitatii comunicatiilor vocale, standardul permite definirea altor servicii de comunicatie: date, fax, paging, mesaje scurte etc.

Ansamblul specificatiilor cu ajutorul carora se poate defini un serviciu de comunicatie se numeste profil. Profilul asociat comunicatiilor vocale se numeste profil generic de acces GAP (Generic Access Profile). Alte profile se refera la transmisii de date tip ISDN, interconectarea cu sisteme GSM, UMTS, IP etc.

ETSI a definit o clasa cheie de profile DECT printre care
 The Generic Access Profile GAP
 The Data Services Profiles DSP
 The Radio Local Loop Access Profile RAP
 The Cordless Terminal Mobility Profile CAP
 The DECT/GSM Interworking Profile GIP
 The DECT/ISDN Interworking Profile IIP

Profilele sunt bazate pe alte standarde ETSI, anterioare, definind care aspecte din fiecare trebuie sa fie implementate pentru a completa o aplicatie specifica.

Arhitectura sistemelor DECT

In cea mai simpla implementare un sistem DECT este un aparat telefonic construit din doua unitati separate fizic: una ce contine interfata cu utilizatorul uman (microfon si difuzor - telefon portabil) si o a doua ce contine interfata cu linia telefonica (statie de baza). Implementari mai complexe interconecteaza mai multe statii de baza cu mai multe telefoane portabile (figura 2.23). Se observa ca standardul DECT precizeaza conditiile de comunicatie radio intre unitatile portabile si statiile de baza.

In elaborarea standardului DECT au fost urmarite trei obiective fundamentale: coexistenta cu alte sisteme, interoperabilitatea echipamentelor de acelasi profil si coexistenta echipamentelor de profile diferite.

Banda de frecventa alocata sistemelor DECT nu este exclusiva, de aceea in anumite zone sistemele DECT trebuie sa functioneze in prezenta interferentei create de functionarea altor echipamente si, de asemenea, echipamentele DECT sunt surse de interferenta pentru alte aparate existente in vecinatate. Coexistenta acestora inseamna ca fiecare dintre ele trebuie sasi adapteze functionarea la conditiile particulare ale zonei pastrand la valori minime efectele negative asupra serviciului propriu datorate interferentei create de celelalte sisteme si, in acelasi timp, sa creeze interferente minime asupra celorlalte sisteme, pin punctul de vedere al coexistentei cu alte sisteme, echipamentele DECT pot fi caracterizate ca fiind 'timide': ocuparea unui canal de comunicatie se face numai daca nivelul puterii electromagnetice pe acesta este sub un nivel minim prestabilit (semnificand faptul ca nu exista deja o alta comunicatie), iar daca pe parcursul utilizarii unui canal nivelul interferentei creste peste un prag prestabilit, canalul este eliberat si se aloca un alt canal comunicatiei interferate.

Pentru definirea unui profil trebuie implementate in echipamente o parte din caracteristicile definite de standardul DECT: unele sunt obligatorii, iar altele sunt optionale. Evident ca alegerea caracteristicilor optionale implementate este optiunea producatorului de echipament, dar orice caracteristica implementata trebuie sa fie in conformitate cu specificatiile standardului. Interoperabilitatea echipamentelor provenite de la producatori diferiti consta in posibilitatea stabilirii unei comunicatii intre echipamentele de acelasi profil, indiferent de caracteristicile optionale implementate in echipamentele implicate in comunicatie.

Coexistenta echipamentelor de profile diferite inseamna neinfluentarea lor reciproca. Ele pot comunica pe baza caracteristicilor obligatorii implementate in fiecare dintre ele, dar daca pe parcursul comunicatiei un echipament invoca o caracteristica pe care corespondentul nu o are implementata aceasta nu trebuie sa cauzeze iesirea din functie sau functionarea necorespunzatoare a nici unuia dintre echipamentele implicate.

Consideratii privind alegerea parametrilor standardului

Accesul multiplu

Tipul accesului multiplu a fost ales pentru a asigura o buna eficienta spectrala pentru complexitate minima de implementare. Practic alegerea trebuia facuta intre TDMA si CDMA, tehnica FDMA avand o eficienta spectrala mult prea mica in comparatie cu celelalte doua si fiind utilizata numai pentru definirea unor purtatoare distincte in banda alocata. Avand in vedere ca standardul DECT este orientat cu preponderenta catre comunicatii vocale s-a considerat ca tehnica TDMA este mai adecvata ca simplitate de implementare, complexitatea asociata CDMA fiind justificata doar de capacitatea ei de a prelua eficient trafic intermitent de date cu viteza variabila. Ca si in cazul GSM s-a optat pentru o varianta mixta FDMA/TDMA: spectrul alocat a fost divizat in canale de banda ingusta, pe fiecare din ele definindu-se ferestre de timp.

Numarul de canale TDMA

Din punctul de vedere al numarului maxim de utilizatori simultan activi pe o purtatoare FDMA este evident ca numarul ferestrelor de timp definite intr-un cadru TDMA trebuie sa fie cat mai mare. La o viteza constanta de transmisie un numar mare de ferestre inseamna insa viteze mari de transmisie pe fiecare fereastra din cauza durate mici a acesteia. Ca urmare, banda necesara de frecventa pentru un canal FDMA este mare si rezulta un numar mic de purtatoare FDMA. In plus, puterea de emisie creste pentru a asigura o valoare impusa a energiei pe bit, iar intarzierea de transmisie devine comparabila cu durata unui bit, ceea ce impune, in conditii de propagare multicale, utilizarea unui bloc de egalizare la receptie, adica un receptor mai complex, deci, mai scump. Pentru sistemul DECT durata de 10 milisecunde a cadrului TDMA si numarul de 24 de ferestre pe cadru au fost alese pentru a facilita receptia fara egalizare pentru comunicatiile indoor, fara a exclude introducerea unui bloc de egalizare daca producatorul decide astfel sau daca echipamentele sunt destinate comunicatiilor outdoor.

Codarea semnalului vocal

Deoarece echipamentele DECT sunt gandite ca alternativa sau extensie a unui post telefonic fix, calitatea comunicatiei vocale trebuie asigurata cel putin la nivelul celei existente in sistemele telefonice fixe, adica foarte buna. In acelasi timp pretul de cost al echipamentului trebuie sa fie accesibil utilizatorului individual mediu. Tehnica ADPCM (modulatie cu codarea diferentiala adaptiva a impulsurilor) a fost aleasa pentru calitatea buna asigurata comunicatiei vocale, iar viteza de 32 Kbps - pentru complexitatea redusa de implementare. Nu in ultimul rand a contat si compatibilitatea cu echipamentele telefonice fixe moderne care folosesc, de asemenea, o tehnica digitala diferentiala adaptiva de prelucrare a semnalului vocal analogic, precum si faptul ca este posibila transmisia semnalelor de control cu modulatie in frecventa (DTMF) necesare pentru unele servicii digitale de mica viteza (accesarea casutei postale vocale, de exemplu)

Duplex

Definirea canalelor comunicatie prin FDMA/TDMA impune alegerea uneia dintre aceste tehnici pentru asigurarea caracterului duplex al comunicatiei. Alegerea tehnicii TDD a tinut seama de volumul, greutatea si pretul de cost ale receptorului care ar fi devenit prea mari prin includerea filtrelor de separare a celor doua sensuri de comunicatie in cazul FDD. In plus, fadingul difera mai putin pe aceeasi frecventa intre doua momente de timp apropiate, decat la momente de timp identice, dar pe doua frecvente ce nu pot fi prea apropiate din considerente de filtrare. Ca urmare, un eventual bloc de egalizare poate fi introdus in cazul TDD numai la unul din capetele lantului de comunicatie (statia de baza) scumpind nesemnificativ costul acesteia. Pentru compensarea efectului fadingului la nivelul unitatii portabile, statia de baza predistorsioneaza semnalul emis pe baza informatiei despre fading obtinuta din semnalul receptionat. Alegerea tehnicii TDD faciliteaza si planificarea retelelor radio DECT carora le pot fi alocate frecvente purtatoare unice dintre cele definite de standard, pe cand in cazul FDD ar fi avut nevoie de cel-putin doua frecvente purtatoare.

Utilizarea tehnicii TDD a permis definirea comunicatiilor directe intre terminalele portabile (fara interventia unei statii de baza) si, astfel, constructia unor retele locale de calculatoare interconectate prin terminale DECT.

Alocarea canalului de comunicatie

Alocarea complet dinamica a canalelor de comunicatie este o caracteristica distinctiva a sistemelor DECT. Aceasta sarcina este sub controlul direct si exclusiv al unitatii portabile care realizeaza continuu masuratori ale raportului semnal/interferenta si alege pentru fiecare noua salva de comunicatie purtatoarea de radiofrecventa si fereastra de timp cea mai favorabila. Astfel, se asigura o calitate foarte buna a comunicatiei, se evita interferentele cu alti utilizatori sau cu alte sisteme si simplifica mult transferul comunicatiilor: la urmatoarea salva de comunicatie, unitatea mobila foloseste o fereastra de timp disponibila de pe purtatoarea de radiofrecventa alocata unei statii de baza vecine, daca masuratorile arata ca ea asigura cel mai bun raport semnal/interferenta. Nu sunt necesare schimburi de mesaje intre statii de baza si unitati mobile ca in cazul GSM. Alocarea dinamica a canalelor de comunicatie conduce si la cresterea eficientei spectrale a sistemului, prin aceea ca ferestre de timp cu acelasi nivel de interferenta, ce nu pot fi folosite de unitatile mobile aflate la marginile celulei, pot fi ocupate de cele aflate mai in apropierea statiei de baza deoarece receptioneaza purtatoarea de radiofrecventa cu nivel mai ridicat si raportul semnal/interferenta depaseste valoarea de prag.

Nivelul fizic al DECT

Interfata radio

Banda de frecventa de 20 MHz (1880-1900 MHz) alocata sistemelor DECT este divizata in 10 canale FDMA de cate 1,728 MHz latime. Frecventa centrala a unui canal FDMA este data de relatia:

f_c = 1897,344 - n 1,728 [MHz] n = 09

Pe fiecare purtatoare radio au fost definite cadre de timp cu durata de 10 milisecunde, fiecare cadru incluzand cate 24 de ferestre. Caracterul duplex al comunicatiei este asigurat prin diviziune in timp (TDD): ferestrele 0-11 sunt folosite pentru sensul de la statia de baza catre terminalul portabil, iar ferestrele 12-23 pentru sensul opus (figura 2.24). Intervalul de timp de garda dintre doua ferestre succesive este de 30 microsecunde, o valoare suficient de mare pentru a compensa diferente de timp de propagare intre utilizatori in celule cu raza maxima de 4,5 Km.

Un canal de trafic reprezinta ferestrele cu aceeasi pozitie in fiecare semicadru al unui cadru TDMA de pe acelasi canal FDMA. In fiecare fereastra cu durata de 10/24 milisecunde 416,67 microsecunde se transmit 480 biti, ceea ce inseamna ca viteza de transmisie pe canal este 1152 Kb/s.

Puterea maxima de emisie pe durata unei ferestre este de 250 mW (+24 dBm) pentru echipamentele DECT standard si de 2,5 mW (+4 dBm) pentru echipamentele DECT de putere redusa. Producatorii pot alege orice valoare a puterii de emisie pana la limita maxima stabilita de standard pentru fiecare din clasele de emisie, insa aceasta nu poate cobori sub 80 mW (+9 dBm) pentru echipamentele destinate transmisiilor vocale. Valoarea medie a puterii de emisie depinde de numarul de ferestre dintr-un cadru in care echipamentul emite. Astfel, pentru modul de lucru uzual in care echipamentul DECT emite puterea de varf de 250 mW intr-o singura fereastra din cadrul de 24 de ferestre puterea medie de emisie este de aproximativ 10 mW.

Puterea de emisie de varf caracterizeaza capacitatea echipamentului DECT de a lucra in celule de dimensiuni mari, iar puterea de emisie medie exprima consumul de la bateria de alimentare si este important pentru stabilirea duratei de viata a acesteia.

Modulatia

Modulatia de baza definita de standardul DECT este cea cu comutarea frecventei si prefiltrare gaussiana (GFSK) avand produsul dintre banda filtrului si durata simbolului BT = 0,5, fiecare bit fiind considerat un simbol. Pentru valoarea logica 1 a bitului de informatie frecventa de emisie este crescuta cu 228 KHz fata de frecventa centrala a canalului, iar pentru valoarea logica 0 a bitului de informatie frecventa de emisie este micsorata cu aceeasi valoare. In acest fel se obtine un semnal de banda relativ mica cu o anvelopa aproape constanta, deci se poate utiliza la emisie un amplificator de putere neliniar cu eficienta energetica mare. De asemenea, se poate utiliza un receptor simplu cu detectie necoerenta, cu refacerea frecventei de tact din sirul de date si esantionare la jumatatea perioadei de bit.

Ulterior au fost adoptate alte doua tipuri de modulatie cu comutarea fazei (PSK) cu 4 nivele (p/4-DQPSK) si, respectiv, 8 nivele (p/8-D8PSK) in vederea cresterii vitezei nete de transmisie la peste 3,456 MB/s necesara sustinerii comunicatiilor multimedia. Tipurile suplimentare de modulatie nu se aplica grupurilor de biti de sincronizare pentru a asigura interoperabilitatea echipamentelor DECT apartinand aceluiasi profil, dar cu caracteristici tehnice diferite.

Pentru uniformizarea modulatiei utilizate de echipament la transmisia unui pachet a fost standardizata si o modulatie PSK cu doua nivele: p/2-DBPSK, cu avantajul ca un receptor GFSK poate demodula un semnal modulat p/2-DBPSK si, reciproc, un receptor p/2-DBPSK poate demodula un semnal GFSK. Astfel, cand se foloseste un tip de modulatie PSK pentru sirul de biti de date se utilizeaza o modulatie p/2-DBPSK pentru sirul de biti de sincronizare. In Tabelul 2.2 se prezinta tranzitiile de faza asociate combinatiilor bitilor de informatie de intrare pentru cele trei tipuri de modulatie PSK acceptate de standardul DECT.

Starile modulatiei p/2-DBPSK se aleg dintre starile modulatiei p/4-DQPSK, iar cele ale modulatiei p/8-D8PSK - astfel incat sa includa starile modulatiei p/4-DQPSK.

Organizarea ferestrelor

Intervalul de timp de 10 milisecunde reprezinta unitatea de timp fundamentala intr-un sistem DECT si se numeste cadru. Un numar de 16 cadre succesive cu durata de 160 milisecunde formeaza un multicadru; in acest interval de timp se transmite un ciclu complet de informatii de control. Deci, multicadrul reprezinta durata de timp minima in care terminalul mobil trebuie sa monitorizeze transmisia unei statii de baza pe canalul pilot pentru a obtine informatiile despre organizarea retelei DECT in care lucreaza.

Un cadru este divizat in 24 de ferestre cu durata de aproximativ 416,7 microsecunde numerotate K0 - K23 (figura 2.25). In fiecare fereastra exista 480 de perioade de bit numerotate f0 - f479. Unele ferestre se pot divide in doua jumatati numerotate in ordine L0 si L1, fiecare cu cate 240 perioade de bit numerotate f0 - f239 si, respectiv, f240 - f479. Doua ferestre succesive se pot grupa intr-una singura cu durata dubla ce contine 960 de durate de bit numerotate f1 - f959. O fereastra de lungime dubla poarta numarul primei ferestre standard din grup si este totdeauna par.

Folosind un codor cu viteza normala semnalul vocal analogic esantionat cu viteza de 32.000 de esantioane pe secunda pe durata unui cadru de 10 milisecunde este transformat intr-o secventa binara de 320 biti care este memorata intr-un registru tampon (buffer). Ei se transmit in fereastra de timp alocata, buffer-ul se goleste si se umple cu alti 320 de biti reprezentand un nou interval de 10 milisecunde din semnalul vocal si procesul continua.

Tipuri de pachete

Bitii de date impreuna cu cei de control ce se transmit intr-o fereastra formeaza un pachet. Pachetele sunt de lungimi diferite in functie de durata de timp alocata transmisiei: o fractiune dintr-o fereastra, o jumatate de fereastra, o fereastra sau doua ferestre succesive (figura 2.26). Prin alegerea lungimii pachetelor echipamentul DECT isi adapteaza viteza de transmisie la cea a sursei de informatie pentru cresterea eficientei spectrale.

Un pachet scurt P00 are 96 de biti si ocupa prima parte a unei ferestre standard. Pachetele P00 se transmit pe canalele pilot R00 si contin informatii privind organizarea retelei DECT. In functie de traficul existent in retea restul ferestrei poate ramane liber sau poate contine date.

Pachetele normale P32 au lungimea de 420 sau 424 de biti, ocupa in intregime o fereastra standard si sunt utilizate de canalele R32 ale sistemului pentru transmisii vocale si transmisii de date de viteza normala.

Pachetele de lungime redusa P08j au lungimea de 180 + j sau 184 + j biti sunt folosite de canalele R08j pentru transmisii vocale cu viteza redusa atunci cand se utilizeaza un codor de viteza redusa.

Un pachet P08j ocupa c jumatate dintr-o fereastra (L0 sau L1), astfel ca intr-o fereastra standard se pot transmite simultan informatiile provenind de la doi utilizatori, crescand capacitatea retelei si eficienta spectrala. Denumirea pachetului si a canalului care il foloseste provin de la faptul ca viteza neta de transmisie pe canal este de 8 Kb/s si aceasta poate fi crescuta in multipli (j) de 8 Kb/s. Cresterea vitezei de transmisie se face prin cresterea lungimii pachetului fata de valoarea minima de 180 (184) de biti, ceea ce reduce intervalul de garda dintre pachetele ce ocupa cele doua jumatati ale ferestrei si creste probabilitatea de suprapunere temporala a lor la receptie. Deocamdata, insa, sunt acceptate de standard numai pachete P08j de lungime minima (j = 0).

Pachetele de lungime dubla P80 au lungimea de 900 sau 904 biti si sunt transmise pe durata unei ferestre duble (canalul R80) rezultand o viteza neta de transmisie de 80 Kb/s. Ele sunt folosite pentru transmisii de date de viteza mare (canale ISDN, de exemplu).

Diferenta de 4 biti in lungimea unui pachet este datorata repetarii sau nu a ultimului grup de patru biti de la sfarsitul pachetului, repetare care este lasata la optiunea operatorului.

Organizarea bitilor in pachet

Un pachet contine biti START, biti de CONTROL asociati datelor transmise, biti de DATE si biti de STOP (figura 2.27). Exceptie face pachetul P00 care contine numai biti de START si de CONTROL.

Bitii de START sunt, de fapt, biti de sincronizare ce includ un preambul H2 de 16 biti (1010101010101010 - pentru statia de baza si 0101010101010101 - pentru unitatile mobile) folosit pentru resetarea detectorului din receptor si un cuvant de sincronizare (1110100110001010 - pentru statia de baza si 0001011001110101 - pentru unitatile mobile), folosit pentru refacerea tactului la receptie si sincronizarea unitatilor mobile cu referinta de timp fixata de statia de baza. Prin aceasta se elimina necesitatea prezentei unui oscilator de inalta stabilitate in unitatile mobile si, deci, mentinerea unui pret de cost scazut al acestora.

Optional, in primele 16 perioade de bit ale unei ferestre (f0 - f15) se pot repeta bitii din preambulul H2 formand preambulul HI. Acest preambul de lungime dubla (HI + H2) este utilizat in retelele DECT cu diversitate de antena: se estimeaza calitatea receptiei cu una din antene in prima treime a preambulului, in cea de-a doua treime - cu cea de-a doua antena, iar in ultima treime se face selectia antenei ce asigura cea mai buna receptie, selectie ce ramane valabila pentru toata durata receptiei pachetului. Se apreciaza ca prin diversitatea de antena se obtine o crestere cu 10 dB a nivelului de semnal.

In grupul bitilor de CONTROL este inclus un preambul H de 8 biti si un alt grup de 40 de biti (T - Tail bits) cu informatii de control privind organizarea transmisiilor si sincronizarii in reteaua DECT, precum si un grup de 16 biti (CRC) generati la emisie pe baza bitilor H + T si utilizati la receptie pentru detectia si corectia erorilor de transmisie.

Bitii de DATE reprezinta informatia utila transmisa de pachet si pot fi transmisi cu sau fara codare de canal. In prezenta codarii de canal bitii de DATE sunt organizati in grupe de cate 64 de biti urmati de alti 16 biti (cod CRC) generati pe baza acestora si utilizati la receptie pentru detectia si corectia erorilor de transmisie. Daca echipamentul DECT nu realizeaza codarea de canal, inseamna ca, potrivit protocolului de comunicatie adoptat, aceasta sarcina este lasata pe seama sursei de informatie care foloseste propria schema de codare de canal. Astfel se introduce o mare flexibilitate in conlucrarea echipamentelor DECT cu diverse surse de informatie si retele de comunicatii.

Lungimea blocului de DATE depinde de tipul pachetului: 0 biti pentru P00, 84 +j biti pentru P08j, 324 de biti pentru P32 si, respectiv, 804 biti pentru P80. Ultimii patru biti (X) din sirul de biti de DATE nu reprezinta date propriu-zise ci sunt biti de control (cod CRC al intregului bloc de DATE). Ei sunt adaugati pentru controlul calitatii transmisiei si, in special, a detectiei suprapunerii la receptie a ferestrelor de timp succesive. La cresterea intarzierii de propagare apar suprapuneri incepand cu sfarsitul ferestrei si detectia lor pe baza bitilor X permite corectia sincronizarii la receptie inainte ca suprapunerile sa compromita integritatea sirului de biti de DATE. Prin adaugarea grupului X creste atat calitatea comunicatiilor vocale prin eliminarea la receptie a unui numar mai mic de pachete compromise datorita suprapunerii ferestrelor, cat si eficienta transmisiilor de date prin micsorarea numarului de pachete necesar a fi retransmise.

Grupul de biti de STOP inseamna un numar de 44 de perioade de bit in care nu se transmite nimic (interval de timp de garda pentru evitarea suprapunerii la receptie a transmisiilor pe doua ferestre succesive). Optional, in primele patru perioade de bit se poate transmite un grup de patru biti (Z) ce este identic cu grupul ultimilor patru biti (X) de DATE. Aceasta repetitie permite receptorului detectarea mai din timp a suprapunerilor transmisiilor din ferestre succesive: daca grupurile de biti X si Z sunt identice inseamna ca nu exista suprapuneri, dar daca cele doua grupuri nu sunt identice - atunci exista suprapuneri si trebuie refacuta sincronizarea.

Tendinte

Cercetarile desfasurate in prezent in vederea cresterii performantelor sistemelor DECT sunt concentrate asupra introducerii unor noi tipuri de modulatie mai eficiente spectral (16QAM, 32QAM si 64QAM - modulatie de amplitudine in cuadratura cu 16, 32 si, respectiv, 64 de stari) si a cresterii benzii unui canal FDMA prin gruparea a trei canale DECT standard. In acest fel se pot atinge viteze de transmisie de peste 20 Mb/s. In Tabelul 2.3 sunt prezentate vitezele maxime de transmisie obtenabile pentru diverse combinatii de tipuri de modulatii si largimi de banda.

Pentru viteze mari de transmisie dispersia intarzierii de propagare pe cai multiple devine comparabila cu perioada de bit si, ca urmare, trebuie introdusa egalizarea de canal la receptie. Aceasta se poate realiza si pe baza secventei de biti de sincronizare din grupul de START, insa pentru imbunatatirea performantelor se studiaza introducerea unei secvente de antrenare intre bitii de DATE care urmeaza sa fie separati in doua grupuri (similar cu organizarea din GSM).

Banda de frecventa

Spectrul de frecventa de 230 MHz alocat sistemelor 3G (figura nr. 8.1) este divizat in doua benzi: 1885 - 2025 MHz si, respectiv, 2110 - 2200 MHz, din care 60 MHz in subbenzile 1980-2010 si, respectiv, 2170 - 2200 sunt rezervate componentei satelitare, iar restul de 170 MHz - pentru componenta terestra. In zona europeana se preconizeaza utilizarea pentru componenta terestra a unui spectru de 155 MHz (1900 - 1980 MHz, 2010 -2025 MHz si 2110 - 2170 MHz) in modul urmator: un spectru de 2 x 60 = 120 MHz pentru comunicatii duplex prin divizare in frecventa (FDD) si doua subbenzi de 20 MHz si, respectiv, 15 MHz pentru comunicatii duplex cu diviziune in timp (TDD).

La conferinta WARC-2000 (World Administrative Radio Conference) au fost propuse spre alocare si benzile: 806 - 960 MHz, 1710 -1885 MHz si 2500 - 2690 MHz, in masura in care ele devin disponibile prin realocarea altor benzi serviciilor ce le ocupa in prezent (intre care se afla si sisteme mobile actuale).

UMTS

Elaborarea standardului UMTS s-a realizat prin cercetari de lunga durata in cadrul unor programe europene multianuale (RACE, CODIT, ATDMA, MONET, FRAMES, TSUNAMI etc.).

Arhitectura

Arhitectura generica a unui sistem UMTS (figura nr. 8.2) include trei entitati: terminalul mobil, care in terminologia UMTS se numeste echipament de utilizator (UE - User Equipment), reteaua radio de acces a utilizatorului mobil la serviciile de comunicatie oferite de sistem (UTRAN - UMTS Terrestrial Radio Access Network) si reteaua de baza (CN - Core Network) in care sunt incluse entitatile ce asigura functii precum managementul apelurilor, al mobilitatii, al locatiei etc.

In conformitate cu filozofia adoptata pentru standardele 3G interfata radio pentru componenta terestra a UMTS a fost definita ca o retea de acces radio, adica ea include numai functii asociate interfetei radio si nici o alta functie independenta de acesta (precum managementul apelurilor sau cel al mobilitatii utilizatorilor). In figura nr. 8.3 este prezentata arhitectura interfetei radio pentru componenta terestra a UMTS (UTRAN - UMTS Terrestrial Radio Access Network). Ea contine unul sau mai multe subsisteme radio (RNS - Radio Network Subsystem), fiecare compus dintr-un numar de statii de baza ce se numesc Noduri B si un numar de blocuri de control radio (RNC - Radio Network Controller). Un Nod B poate servi una sau mai multe celule. Echipamentele de utilizator (UE) vor trebui sa aiba functionare multimod, adica sa poata lucra in benzile cu FDD, in benzile cu TDD, iar in perioada de tranzitie, chiar si ca unitati mobile GSM.

UTRAN foloseste un cadru de timp de 10 milisecunde, cu 16 ferestre pe cadru in modul TDD si transmisie cu spectru imprastiat (spread spectrum) de tipul cu multiplicare cu secventa directa (DS-CDMA) in fiecare fereastra, adica este un hibrid FDMA/TDMA/CDMA. Folosind coduri distincte mai multi utilizatori pot transmite in aceeasi fereastra.

Diverse servicii si diverse calitati (QoS) ale unui aceluiasi serviciu se obtin prin alegerea adecvata a numarului de ferestre din cadru si a valorii factorului de imprastiere (spreading factor) alocate pentru comunicatie. Pentru valori mici ale factorului de imprastiere se poate utiliza la receptie detectia simultana (multiuser detection) a semnalelor dintr-o fereastra, reducandu-se, astfel, efectul interferentei intracelulare.

Numarul ferestrelor de timp dintr-un cadru alocate unui sens de comunicatie este variabil in functie de intensitatea traficului, permitand preluarea eficienta a traficului asimetric (de tip navigare Internet, de exemplu, unde, de regula, cantitatea de date transferate pe legatura directa este mult mai mare decat pe legatura inversa).

Ca si sistemele GSM actuale interfata UTRAN FDD este adecvata preluarii traficului macro si microcelular relativ simetric si de intensitate moderata, pe cand UTRAN TDD este adecvata preluarii traficului indoor si picocelular de intensitate mult mai mare, cu intermitenta sporita si cu asimetrie pronuntata.

Nivelul fizic al UMTS

Parametrii de baza

Protocoalele asociate interfetei radio a UMTS se incadreaza in primele trei nivele din modelul OSI (figura nr. 8.5). Cu exceptia nivelului fizic, nivelele UTRAN sunt divizate in subnivele.

Nivelul fizic are interfete logice cu subnivelul MAC din nivelul legaturii de date si cu subnivelul RRC din nivelul de retea. Pe prima interfata se vehiculeaza date, iar pe a doua - informatii de control si date de masura.

UTRAN functioneaza in doua moduri: FDD si TDDJ peste fiecare suprapunandu-se o componenta CDMA obtinuta prin multiplicare cu secventa directa. In modul FDD cele doua sensuri ale comunicatiei utilizeaza benzi de frecventa diferite, iar in modul TDD se utilizeaza aceeasi banda de frecventa pentru ambele sensuri, dar ferestre de timp diferite. In modul FDD un canal este individualizat prin frecventa si cod, iar in modul TDD - prin frecventa, cod si succesiunea de ferestre de timp.

Viteza de chip in UTRAN este de 3,84 Mc/s (Mc inseamna Mega chip-mi, adica Mega-perioade de chip). Intr-un cadru de 10 milisecunde sunt definite 15 ferestre de timp, ceea ce inseamna ca in fiecare fereastra se transmit 3,84 Mc/s x 10 ms / 15 ferestre = 2560 chip-mi, deci in fiecare fereastra se pot transmite 2560 de biti. De retinut, totusi, ca acestia nu sunt numai biti de informatie, deci viteza neta de transmisie a datelor este mai mica de 2560 b/s, fiind dependenta de castigul de procesare (factorul de imprastiere). Pentru modul FDD acesta variaza intre 4 si 256 pe legatura inversa si intre 4 si 512 pe legatura directa, iar pentru modul TDD intre 1 si 16. Deci, viteza neta de transmisie a datelor este intre 7,5 si 960 Kb/s pentru modul FDD si intre 240 si 3840 Kb/s pentru modul TDD. Aceste valori sunt obtinute pe un singur canal de comunicatie, un utilizator putand primi mai multe canale simultan.

Functiile nivelului fizic

Codarea de canal

Codarea de canal inseamna adaugarea, dupa reguli precise, a unor biti suplimentari la emisie pentru ca la receptie sa poata fi eliminate, eventual, erorile datorate imperfectiunii canalului de comunicatie. In UTRAN se folosesc pentru codarea de canal doua tehnici de codare: codare convolutionala cu viteza 1/2 sau 1/3 si, respectiv, codarea turbo. Prima tehnica este eficienta la viteze mici de transmisie, iar a doua - la viteze mari de transmisie. Sunt si situatii in care nu se utilizeaza codarea de canal.

Codarea de canal este combinata in UTRAN cu tehnica de detectie a codului CRC pentru fiecare pachet, rezultand o tehnica hibrida de retransmisie a pachetelor receptionate cu erori. In prima faza se incearca refacerea erorilor de transmisie pe baza bitilor redundanti adaugati la emisie. Cererea de retransmisie a pachetului este lansata numai cand codul CRC ramane eronat dupa aceasta prima faza.

Masurari de radiofrecventa

Atat UE cat si Nodurile B realizeaza periodic sau in anumite situatii masuratori asupra unor parametri de radiofrecventa precum: puterea receptionata pentru un cod de imprastiere, raportul semnal/interferenta, puterea totala receptionata, energia receptionata pe chip, rata de eroare pe bloc, puterea de emisie a UE, intarzierea de propagare etc. Rezultatele masuratorilor realizate de UE sunt folosite de acesta, in special, pentru selectia celui mai bun Nod B, dar sunt si transmise retelei pentru optimizarea gestionarii resurselor radio. Masuratori in afara frecventei proprii de comunicatie in modul FDD se pot realiza la comanda retelei numai daca UE dispune de un receptor suplimentar dedicat acestei sarcini sau daca trece in modul comprimat de emisie.

Combinarea versiunilor de macrodiversitate si executia SHO

Macrodiversitatea este situatia in care un receptor primeste informatia utila pe mai multe versiuni ale semnalului emis. In cazul UE aceasta se manifesta daca el receptioneaza simultan mai multe Noduri B, iar pentru retea - daca UE este receptionat de mai multe Noduri B si semnalele sunt combinate in blocul radio de control de servire (SRNC). Calitatea receptiei UE creste odata cu numarul versiunilor receptionate si, de aceea, numarul prizelor (finger) receptorului Rake trebuie sa fie cat mai mare. Macrodiversitatea este esentiala pentru buna functionare a unui sistem CDMA asa cum este UMTS.

Cresterea numarului de Noduri B ce emit catre acelasi UE inseamna, insa, si cresterea interferentei in sistem si, de aici, scaderea capacitatii lui de trafic. De aceea numarul acestora trebuie pastrat la minimum posibil. Pe sensul opus nu exista aceasta limitare, intrucat receptia unui UE de un numar mare de Noduri B nu are efect asupra interferentei. De aceea, in situatii de trafic intens, reteaua poate comanda trecerea in modul de lucru cu diversitate prin selectia Nodului B de emisie (SSDT - Site-Selection Diversity Transmit).

Adaptarea vitezei de transmisie

Numarul bitilor ce rezulta prin multiplexarea unor date independente pe un acelasi canal fizic variaza de la un moment la altul. Pentru emisia UE este necesar ca numarul total de biti transmisi sa fie acelasi in fiecare cadru radio. De aceea o parte bitii de transmis sunt repetati sau sunt eliminati (puncturing), in functie de situatie. Eliminarea unor biti este posibila deoarece exista un numar insemnat de biti redundanti introdusi prin codarea de canal. Totusi prin eliminarea unora dintre ei scade capacitatea receptorului de a elimina erorile de transmisie introduse de canalul de comunicatie.

In cazul Nodurilor B, daca numarul total de biti de transmis este mai mic decat cel necesar intr-un cadru radio se intrerupe emisia pe intervalul de timp corespunzator bitilor lipsa (DTX - emisie discontinua). Se reduce, astfel, interferenta in sistem.

Modularea/demodularea si imprastierea/dezimprastierea

UTRAN foloseste tehnica QPSK de modulatie a datelor pe purtatoarea de radiofrecventa.

Imprastierea, adica cresterea benzii semnalului transmis peste valoarea benzii semnalului de informatie, se realizeaza prin multiplicare in doua etape cu secventa directa pe ambele canale I si Q.

Intr-o prima etapa se folosesc coduri ortogonale pentru imprastiere cu scopul separarii utilizatorilor intre ei. Codul de imprastiere reprezinta canalul de transmisie. In modul FDD transmisiile sunt sincronizate numai pe legatura directa, si numai pentru fiecare UE in parte pe legatura inversa. In modul TDD transmisiile sunt sincronizate pe ambele sensuri de comunicatie.

Fiecare din canalele I si Q sunt supuse unei noi imprastieri prin multiplicare cu secventa directa folosind secvente de coduri pseudoaleatoare cu bune proprietati de autocorelatie. Nodurile B folosesc coduri diferite pentru reducerea interferentei intercelulare. Pe legatura inversa toate UE dintr-o celula folosesc acelasi cod, dar cu diverse decalari (defazaje) pentru ca semnalele lor sa poata fi separate de Nodul B cu care comunica.