Организация дуплексного режима в мобильных системах

Суммарный частотно-временной ресурс, отпущенный кон­кретной системе, приходится расходовать не только на организа­цию множественного доступа, но и на обеспечение дуплексного режима, т.е. параллельного информационного обмена в обоих направлениях: от системы к абоненту и в обратную сторону. В системах мобильной радиосвязи нашли применение частотный и временной дуплекс. В первом варианте, упоминаемом в лите­ратуре как FDD (frequency division duplex), дуплексная пара зани­мает две полосы частот Δ f_a(где Δ f_a- ширина полосы абонент­ского канала), разделенные некоторым защитным интервалом, называемым дуплексным разносом по частоте. Таким образом, передача и прием информации между абонентами осуществля­ются на разных частотах. Принцип FDD иллюстрирует рис. 5.4.

На основе FDD построены системы стандартов первого и второго поколений (AMPS, DAMPS, GSM, IS-95 и др.).

При временном дуплексе (TDD - time division duplex) для двусторонней связи используется одна и та же несущая с вре­менным разделением каналов передачи и приема (см. рис. 5.5). Хотя режим TDD нехарактерен для существующих систем сото­вой связи, он широко распространен в стандартах бесшнурового телефона (СТ2, DECT и др.). Кроме того, ему отводится опреде­ленное место в продвигаемых стандартах третьего поколения UMTS и cdma2000 (см. гл. 12).

Рассмотрим типовую структуру каналов системы с TDD, ориентируясь для конкретности на цифры, положенные в основу проекта cdma2000 [37]. Основным элементом канальной архитек­туры БС является Т_к = 20 мс (рис. 5.6), который разбивается на 8 пар интервалов, предназначенных для организации дуплекса.

 

Первый интервал пары имеет длительность T_T и отводится для передачи. Во втором (длительности T_R) принимается сигнал МС. Любые смежные интервалы разделяются защитными промежут­ками длительности Δ t, определяемой протяженностью зоны об­служивания. Несложный подсчет показывает, что при защитном интервале в 52 мкс и точности синхронизации временных интер­валов на базовой станции ±3 мкс, максимальный радиус зоны об­служивания составляет 14 км.

Мобильные станции имеют сходную с БС структуру кадра, но интервалы передачи и приема меняются местами.

Сравнение двух вариантов дуплексирования приводит к за­ключению [37], что режим FDD более эффективен при больших размерах сот и высокой скорости передвижения абонентов, тогда как вариант TDD в большей степени подходит для применения в микросотах, т.е. в малых зонах обслуживания абонентов, пере­двигающихся с невысокой скоростью. Вместе с тем, режим TDD обладает рядом дополнительных достоинств, заслуживающих отдельного упоминания. Поскольку при TDD линии "вверх" и "вниз" занимают одну и ту же полосу частот, характеристики замираний в них имеют высокую степень корреляции, что может быть использовано для упрощения процедур регулировки излу­чаемой мощности и пространственного разнесения (см. гл. 6).

Кроме того, гибкая структура кадра, свойственная TDD, по­зволяет эффективно перераспределять временные ресурсы при асимметричных потоках информации в прямом и обратном кана­лах. Подобная асимметрия окажется весьма частым явлением в системах третьего поколения в связи с возложением на мо­бильные терминалы функций связи с сетью Internet. В течение подобного контакта трафик на линии "вниз", как правило, гораздо насыщеннее, чем в обратном направлении. При этом можно по­ступить, как показано на рис. 5.7, представляющем схематично переход от симметричного (рис. 5.7, а) распределения временно­го ресурса между линиями "вниз" и "вверх" к асимметричному (рис. 5.7, б), на которых стрелка "вниз" отвечает приему инфор­мации МС, а "вверх" - передаче.

Как достоинство варианта TDD может рассматриваться и возможность более простой реализации однорежимного TDD абонентского терминала, что обусловлено отсутствием в нем дуплексора. Что же касается аппаратного усложнения двухрежим-ного (FDD/TDD) терминала, рассчитанного на оба варианта дуп­лексирования, то по сравнению с обычным FDD-терминалом оно не слишком значительно и не оказывает критического влияния на экономические показатели.

В свете сказанного вполне рациональными представляются рекомендации европейского проекта UMTS (см. гл. 12), касаю­щиеся сочетания обоих рассмотренных режимов дуплексирова­ния. Подобное решение придает системе гибкость в части ис­пользования выделенного спектрального диапазона и позволяет адаптировать пропускную способность к условиям эксплуатации и характеру услуг. Согласно европейской концепции построения системы третьего поколения, в двух выделенных WARC-92 участ­ках спектра шириной в 230 МГц: 1885...2025 и 2110...2200 МГц, -полосы 1920... 1980 и 2110...2170 предназначаются для ССМС с частотным дуплексом, а полосы 1900... 1920 и 2010...2025 МГц -для ССМС с временным дуплексом [37].