DS CDMA, aneb Co je čipová rychlost?
Písmena DS (z ang. Direct Spread) před zkratkou CDMA, vyjadřující mnohonásobný přístup s kódovým dělením, označují techniku radiového přenosu s rozprostřeným spektrem s přímým rozprostřením. Všichni účastníci sdílejí shodné přenosové pásmo a tudíž pro oddělení jednotlivých účastnických kanálů se využívá techniky CDMA.
Toto rozlišení (oddělení) je realizováno tak, že na posloupnost dat se aplikuje jedinečný rozprostírací kód (posloupnost), který charakterizuje daného účastníka. Tato posloupnost vykazuje pseudonáhodný ("téměř náhodný") charakter a minimální vazbu na rozprostírací posloupnosti ostatních uživatelů.
Rozprostírací posloupnost se skládá z tzv. čipů (z ang. chips) a tedy hovoříme o čipové rychlosti, která je několikanásobně vyšší než bitová rychlost posloupnosti dat.
Obr.1: Přímé rozprostření signálu
Přímé rozprostření signálu
Vysílač tedy vezme úzkopásmový signál (uživatelská data) a ty rozprostře do širokopásmového kanálu o šířce 1,25 MHz (v případě 1xEV-DO). Na straně přijímače dojde k vygenerování synchronizované repliky specifické rozprostírací posloupnosti, která byla použita vysílačem k rozprostření dat.
Aplikací na přijatý signál dojde k opětovnému zúžení spektra signálu, čímž získáme požadovanou původní datovou posloupnost. Účastnický terminál ovšem takto přijímá rozprostřené signály i ostatních účastníků.
Během již zmíněného aplikování rozprostírací posloupnosti na přijatá data dojde k tomu, že data ostatních účastníků jsou opět rozprostřena (jako tomu bylo ve vysílači, ovšem s jinou rozprostírací posloupností) a tudíž jejich výsledné spektrum bude tvořit jen nízké šumové pozadí přijímaného uživatelského signálu, aniž by se zhoršovala jeho kvalita.
Reverse Link, neboli upload
Revers link označuje CDMA kanály pro přenos dat z terminálu směrem k základnové stanici. Je založen na pevné struktuře fyzické vrstvy (16 slotů během 26.67 ms), která je odlišná od fyzické vrstvy dopředného spojení Forward linku, který umožňuje variabilně měnit každých 1.67 ms modulační schéma.
Na reverse linku jsou podporovány tradiční mechanismy IS-95/1x jako řízení výkonu a soft handoff, kdy terminál komunikuje současně s několika sektory. Systém nabízí na reverse linku přístupovému terminálu data s přenosovou rychlostí v rozmezí od 9.6 kbps do 153.6 kbps.
Obr.2: Struktura Reverse kanálu sytému 1x EV-DO
Složení kanálů se dělí na přístupové (Access Channel) a přenosové (Traffic Channel). Zmíněný přístupový kanál zahrnuje dále kanál pilotní a datový. Přenosový kanál se skládá z kanálů pilotního, kanálu řízení přístupu, datového a kanálu pro potvrzení ACK (Acknowledge).
Poslední zmíněný kanál obsahuje ještě RRI a DRC kanál, o jehož významu jsme se zmínily v závěru předchozí části našeho povídání o technologii 1xEV-DO. (CDMA 1xEV-DO - Nahlédněme pod pokličku mobilního internetu) Popsaná struktura kanálů reverse linku je názorně zobrazena na obrázku výše.
- Terminál může využít přístupový kanál v rámci inicializace komunikace s přístupovou sítí nebo k odpovídající odezvě na řídící informace. Přístupová sekvence je uvozena preambulí, po které již následují datové pakety přístupového kanálu. Během přenosu preambule je přenášen pouze pilotní kanál. Naproti tomu během přenosů datových paketů přístupového kanálu je přenášen jak pilotní kanál tak i datový.
- Přenosový kanál je využíván pro přenos uživatelských dat nebo signalizačních informací směrem k přístupové síti.
- ACK kanál slouží pro potvrzení paketů přenášených v dopředném směru (viz. Forward link Traffic Channel) zda byly přijaty úspěšně či nikoli.
- Revers link poskytuje (v rámci MAC kanálu) tzv. indikátor RRI (Reverse Rate Indicator, který napomáhá přístupovému bodu BTS určit rychlost, kterou jsou data na reverse linku posílána. RRI je zahrnut do preambule reverse link rámce.Významný kanál s označením DRC (Data Rate Control Channel) je kanál pro řízení přenosové rychlosti v dopředném směru, který nese zprávu o požadované rychlosti na Forward linku, kterou určí terminál na základě okamžité C/I.
Modulační schéma
Podobně jako tomu bylo na Forward linku i Reverse link podporuje několik přenosových rychlostí. Modulace je pro všechny varianty přenosových rychlostí shodná. Kódový poměr konvolučního kodéru je R = 1/4 a 1/2 , viz. následující tabulka zohledňující parametry, které umožňují dosažení různých přenosových rychlostí.
|
Přenosová rychlost (kbps) |
Typ modulace |
Počet bitů na paket |
Kódový poměr |
Délka paketu (ms) |
Obsazené sloty |
|
9,6 |
BPSK |
256 |
1/4 |
26,67 |
16 |
|
19,2 |
BPSK |
512 |
1/4 |
26,67 |
16 |
|
38,4 |
BPSK |
1 024 |
1/4 |
26,67 |
16 |
|
76,8 |
BPSK |
2 048 |
1/4 |
26,67 |
16 |
|
153,6 |
BPSK |
4 096 |
1/2 |
26,67 |
16 |
Plánování přenosové rychlosti
Funkce plánovače jsou integrovány v základnové stanici BTS a slouží pro efektivní alokaci zdroje všem aktivním účastníkům v příslušném sektoru. Hlavním úkolem algoritmu plánování je rozhodování o tom, který z terminálů bude obsloužen v daném okamžiku požadovanou přenosovou rychlostí.
Napsali jsme o CDMA
- Tryskomyš od Eurotelu provětrá nabídky internetového připojení
- CDMA modem - vyzkoušeli jsme za vás
- Sdílejte si své CDMA připojení!
- Eurotel představuje CDMA a Telecom novinky kolem ADSL - ON-LINE
- Internetové novinky: mobilní internet CDMA a levnější ADSL
- CDMA - na vlastní oči (fotogalerie)
- Kterak Eurotel k NMT licenci přišel
- CDMA 1xEV-DO – nahlédněte pod pokličku mobilního internetu (druhá část)
- CDMA 1xEV-DO - nahlédněte pod pokličku mobilního internetu CDMA
- Rychlý internet Eurotelu - od soumraku do úsvitu
Algoritmus plánování 1xEV-DO byl samozřejmě optimalizován pro služby založené na přenosu paketů a předpokládá, že ne všichni uživatele mají rovnocenné požadavky na rychlost dat. Některé aplikace vyžadují vyšší přenosové rychlosti zatímco jiné mají mnohem nižší požadavky.
Primárním faktorem, který určuje dosahovanou přenosovou rychlost je stav uživatelského přenosového kanálu tj. odstup nosné od interferencí (C/I). Systém 1xEV-DO vychází z variability přenosového kanálu, což má za následek rozdílné požadavky na přenosovou rychlost.
Může dojít i k situaci, že uživatel nemusí být po několik milisekund obsloužen požadovanou přenosovou rychlostí. Je-li jeho požadovaná rychlost velmi nízká (viz. Obr.4 níže). Stanovení optimálního okamžitého přenosu dat směrem k uživateli má za následek to, že uživatelův celkový pohyblivý průměr přenosové rychlosti je vyšší, než kdyby byl obsloužen na základě pravidel FIFO (First In First Out).
Priorita stanovená plánovačem je založena na kombinaci odstupu C/I a době trváním od doby, kdy byl uživatel naposledy obsloužen.
Proporcionální spravedlivý plánovač
Tento algoritmus užívá odlišnou představu o spravedlivosti, známou jako proporcionální – úměrnou spravedlivost umožňující maximalizovat pohyblivý průměr propustnosti dat.
Využívá se proměnné datové přenosové rychlosti s periodou 1.67ms, kterou mohou být data přenášena. Algoritmus udržuje klouzavý průměr všech uživatelů ve vztahu k jejich kanálovým podmínkám a pokusům o doručení dat na požadované rychlosti. Zároveň brání doručení dat v případě, že požadované rychlosti dosahují nižších hodnot.
Uvažujme uživatele, jehož přenosové podmínky na radiovém rozhraní dovolují dosáhnout průměrnou rychlost 614,4 kbps. Jinak řečeno, vlivem měnících se podmínek na radiu dochází k oscilacím jeho okamžité přenosové rychlosti mezi nízkými a vysokými hodnotami, které vykazují právě zmíněný průměr 614.4 kbps.
Plánovač vypočítá z histogramu každého uživatele jeho pohyblivý průměr a příslušného uživatele obslouží požadovanou rychlostí pouze pokud DRC požadavek se rovná nebo je větší než vypočítaný průměr (v našem případě 614.4 kbps).
Konečný výsledkem je, že aktuální uživatelská propustnost dat je vyšší než klouzavý průměr vycházející z požadovaných přenosových rychlostí. Následující graf ilustruje plánování přenosu paketů.
Obr.3: Vztah požadované a průměrné rychlosti.
Červená barva reprezentuje okamžité DRC požadavky přístupového terminálu. Podle toho jaké kanálové podmínky (C/I) terminál v daném okamžiku naměřil, bude kolísat i požadovaná rychlost přenosu dat. Modrá křivka zohledňuje pohyblivý průměr okamžitých DRC požadavků, vztažen na 100 posledních slotů.
Na obrázku níže jsou již zakresleny pouze DRC požadavky nabývající hodnot nad stanoveným průměrem (červeně), to reprezentuje dobře naplánované okamžiky pro daný přístupový terminál.
Obr.4: Optimální plánování okamžiků obsluhy.
Proporcionální plánovač tedy obsluhuje přístupové terminály datovou rychlostí vyšší, než je průměr uživatelské rychlosti. Tím maximalizuje celkovou propustnost dat a zvyšuje kapacitu systému vyšší dostupností obsloužení uživatelů.
