CC BY
33
6. Левин В.И. История информационных технологий: учебное пособие / В.И. Левин. - М.: ИНТЕРНЕТ-Университет Информационных технологий; БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. - 336 с.
7. Мировой рынок информационных услуг [Электронный ресурс] / Разработчик - Красноярский государственный аграрный университет. -Режим доступа: http://www.kgau.ru/istiki/umk/mir/ch01.html
8. Мировой рынок информационных услуг: учебник / Под ред. Э.С. Спиридонова, М.С. Клыкова. - М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2010. - 416 с.
9. Ракитов А.И. Философия компьютерной революции / А.И. Ракитов. -М.: Политическая литература, 1990. - 125 с.
10. Рынок информационных продуктов и услуг [Электронный ресурс] / Разработчик - Сибирский государственный университет путей сообщения. -Режим доступа: http://www.ssti.ru/kpi/ informatika/Content/biblio/b1/inform_ man/ gl_1_2.htm#123.
11. Стрелец И.А. Сетевая экономика: учебник / И.А. Стрелец. - М.: Экс-мо, 2006. - 208 с.
12. Фирменная структура рынка информации и информационных услуг [Электронный ресурс] / Разработчик - Web-and-Press. - Режим доступа: http://www.glossary.ru/cgi-bin/gl_sch2.cgi?RIt(uwsg.outt:l!w:tqo.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСТОТНОЙ ОТСТРОЙКИ СИГНАЛА В СИСТЕМАХ СОТОВОЙ СВЯЗИ W-CDMA
© Крутин Д.В.*, Кисляков М.А.*
Владимирский государственный университет им. Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых,
г. Владимир
W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) - технология радиоинтерфейса, использующая широкополосный множественный доступ с кодовым разделением каналов. Для определения частотной отстройки в системах W-CDMA часто используется метод быстрого преобразования Фурье (БПФ). В данной статье представлено описание метода определения частотного отклонения сигнала от абонентского терминала, основанного на применении БПФ.
W-CDMA - одна из технологий многостанционного доступа, которая использует кодовое разделение каналов и обеспечивает высокую скорость передачи данных. В качестве основного типа модуляции используется QPSK
* Инженер кафедры Вычислительной техники.
* Младший научный сотрудник кафедры Вычислительной техники.
(Quadrature Phase Shift Keying). В таких системах для разделения сигналов используются скремблирующие коды, уникальные для каждой базовой станции. В качестве таких кодов используются коды Голда, в силу наличия хороших авто- и взаимокорреляционных свойств [2, 4-5].
Процесс синхронизации абонентского терминала и базовой станции сопряжен с множеством проблем. Одной из них является частотная отстройка принимаемого сигнала. Основной причиной частотного отклонения является низкая точность частоты кварцевых генераторов, которая составляет 1-10 p.p.m. На практике это приводит к появлению отстройки сигнала до 20-25 кГц. Несмотря на работоспособность методов синхронизации при таких больших отклонениях, процессы демодуляции и декодирования сигнала становятся затруднительными [4-6].
Алгоритмы оценки частотной отстройки можно разделить на три группы: алгоритмы, основанные на БПФ; алгоритмы, основанные на оценке фазы; алгоритмы, основанные на автокорреляции. В статье рассмотрен метод из первой группы.
В направлении от базовой станции к абонентскому терминалу для фазовой и частотной синхронизации используется отдельный пилот-канал (P-CPICH). Он представляет собой немодулированный кодовый канал, скремблирован-ный первичным кодом [5]. В данном случае алгоритм расчета частной отстройки сводится к расчету БПФ от последовательности символов пилот-канала. Размер окна БПФ обуславливает точность определения частотной отстройки. Такой алгоритм обеспечивает высокую точность оценки отклонения при низких отношениях сигнал / шум. На рис. 1 представлен спектр сигнала канала CPICH. В данном случае используется окно Хеннинга и БПФ на 256 точек, отстройка составляет - 4.5 кГц.
150
140
130
120
и
110
FT 100
Pi 40
<
80
70
60
50
If & • 1l lift n
w \ VI Щ f\\ \ 1 ft 1 it
|V I 1 i 1
-7.5 -6 -4.5 -3 -1.5 0 1.5 3 4.5 6 7.5
Частота, кГц
Рис. 1. Спектр сигнала канала CPICH
Пилот ТГС! ГБ! ТРС
Тслота = 2560 чипов, 10 бит
Рис. 2. Структура слота управляющего канала
В направлении от абонентского терминала к базовой станции для фазовой и частотной подстройки передаются специальные последова-тельности битов пилот-канала. На рис. 2 представлена структура слота управляющего ка-нала [1]. В зависимости от формата, в слоте может передаваться от трех до восьми символов пилот-канала. Поскольку анализируемые биты занимают лишь часть слота канала, в собран-ном сигнале будут присутствовать скачки фазы, которые приведут к появлению побочных гармоник при расчете спектра (рис. 3).
При значениях отстройки до 3 кГц уровень побочных гармоник не превышает уровня полезной составляющей в спектре, однако при больших значениях расчет будет произведен неверно. Проблема также усугубляется тем, что при понижении отношения сигнал / шум уровень основной гармоники снижается сильнее, чем уровень побочных составляющих. На рис. 3(а, б) представлен спектр сигнала пилот-канала при значениях отстройки 1.5 и 4.5 кГц, соответственно.
Частота, кГц Частота, кГц
а) б)
Рис. 3. Спектр сигнала пилот-канала восходящей линии: а) отстройка 1.5 кГц; б) отстройка 4.5 кГц
Одним из решений проблемы является расчет БПФ только на одном слоте, например, алгоритм, описанный в [6]. В случае восьми битов пилот-канала
при уменьшении SF с 256 до 32 можно получить 64 точки для расчета БПФ. При помощи дополнения сигнала нулями для увеличения окна БПФ до 256 точек, усреднения результатов расчета БПФ на всём фрейме, использования оконных преобразований и квадратичной интер поляции можно добиться точности определения отстройки в 250-300 Гц. Однако у данного метода есть ограничение на минимальное количество исходных символов пилот-канала, которое соответствует шести битам управляющей информации.
145 140 135
и 130
к,
н
I 125 < 120 115 110
107
£120
7.5 -6 -4.5 -3 -1.5 0 1.5 3 4.5 6 Частота, кГц
5 -6 -4.5 -3
-1.5 0 1.5
Частота, кГц
в)
7.5 -6 -4.5 -3 -1.5 0 1.5 3 4.5 6 Частота, кГц
б)
-7.5 -6 -4.5
-1.5 0 1.5
Частота, кГц
г)
Рис. 4. Спектры сигнала пилот-канала: а) 8 бит; б) 6 бит; в) 4 бита; г) 3 бита
Другим решением проблемы оценки частотного отклонения явялется расчет БПФ на всех символах фрейма. Однако в этом случае необходимо
150
150
140
140
130
130
120
100
100
7.5
7.5
3 4.5 6
7.5
учитывать значения неизвестных полей канала (рис. 2). Так как эти поля используются для управления мощностью и настройками декодера, они могут менять свое значение на каждом слоте. При дополнении пилотной последовательности определенным образом подобранными битами можно достичь заметного снижения побочных гармоник в спектре. Однако при этом заметно увеличивается общий уровень шумов в спектре, причем, чем меньше в сигнале детерминированных пилотных битов, тем уровень шумов выше. Исследования показали, что наименьший уровень шумов наблюдается при минимуме взаимной корреляции между дополненными символами в пилотной последовательности и символами, передаваемыми в полях TFCI, FBI и TPC. Необходимо учитывать, что значения в этих полях принимают только некоторые возможные значения, например, существует только 1024 различных значения TFCI, а поля FBI и TPC принимают только значения 0 и 1. Поэтому подбор последовательности, обладающей наименьшим уровнем корреляции, не является трудоемкой задачей. Также проведенные исследования показали, что целесообразно использовать различные последовательности дополнительных битов для каждого формата слота.
При моделировании работы алгоритма были выбраны следующие параметры: один канал DPDCH, отношение мощностей DPCCH / DPDCH равно -5.46 дБ, отстройка центральной частоты - 4.5 кГц, случайная начальная фаза в диапазоне от 0 до 2п, отношение сигнал / шум в диапазоне от 0 до -50 дБ. На рис. 4 приведены результаты моделирования сигналов, с различным количеством известных битов пилот-канала при отношении сигнал / шум -10 дБ. В табл. 1 представлено отношение между основной и побочной гармониками при различных частотных отстройках для традиционного и предложенного методов. Стандартное решение обладает явной тенденцией к ухудшению характеристик при увеличении частотного отклонения, тогда как предложенный метод практически не зависит от него.
Таблица 1
Отношение между основной и побочной гармониками
Частотная отстройка (кГц) Отношение между основной и побочной гармониками (дБ)
Традиционный метод Предложенный метод
1 22 16
2 12 14
3 4 13
4 -1 12
5 -6 10
6 -12 14
Полученные результаты демонстрируют улучшение характеристик по сравнению с традиционными алгоритмами. Использование предложенного метода позволяет определять отстройку частоты с точностью до 200 Гц при
отклонении несущей до 7.5 кГц. К достоинствам данного метода можно отнести его относительную простоту, так как для определения отстройки требуется один цикл расчета 256-точечного БПФ в течение одного фрейма. Недостатком является длительное время оценки отклонения, что требует наличия буфера, соответствующего размеру одного фрейма сообщения при аппаратной реализации алгоритма.
Список литературы:
1. 3GPP TS 25.211 Physical channels and mapping of transport channels onto physical channels (FDD) (Release 10), 2010.
2. 3GPP TS 25.213 Spreading and modulation (FDD) (Release 10), 2010.
3. 3GPP TS 25.104Base Station (BS) radio transmission and reception (FDD) (Release 10), 2010.
4. Tanner R., Woodard J. WCDMA - Requirements and Practical Design. -JohnWiley&Sons Ltd, 2004. - 447 с.
5. Holma H., Toskala A. WCDMA for UMTS. Radio Access for Third Generation Mobile Communications. - JohnWiley&Sons Ltd, 2004. - 481 с.
6. Rezenom S., Broadhurst A. Carrier Frequency Offset Estimation in WCDMA Systems Using a Modified FFT-Based Algorithm.
СПОСОБ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИОННОГО СИГНАЛА ОТ НЕСАНКЦИОНИРОВАННОГО ДОСТУПА В ВОЛС
© Кулдашов О.Х.*, Дехконов О.Р.
Ферганский филиал Ташкентского университета информационных технологий, Республика Узбекистан, г.Фергана
В статье рассматривается оптоэлектронный метод противодействия к современным техническим средствам несанкционированного доступа информации в волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС).
В последнее время одним из наиболее перспективных и развивающихся направлений построения сетей связи являются волоконно-оптические линии связи (ВОЛС).
Всегда существует принципиальная возможность съема информации с ОВ оптического кабеля. Несанкционированный доступ к ВОЛС, несмотря на сложность и дороговизну, все-таки возможен [1].
Предложен способ защиты информационного сигнала от несанкционированного доступа в волоконно-оптической линии связи.
* Заведующий кафедрой «Телекоммуникация», кандидат технических наук, доцент.
