CC BY
132
His
К E S E A H С И
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ
Способ передачи информации в системах сотовой подвижной связи с кодовым разделением каналов
Предложен способ, обеспечивающий повышение структурной скрытности сигналов системы сотовой подвижной радиосвязи с кодовым разделением каналов.
Ключевые слова: мобильная радиосвязь, кодовое разделение каналов, структурная скрытность.
Жук Ю.А., Иванов А.С., Орёл Д.В.,
Ставропольский государственный университет
Communication method for mobile telecommunication systems with CDMA
Zhuk Yu.A., Ivanov A.S, Oryol D.V.,
Stavropol State University
Abstract
There is offered the method of signals structural secrecy increase for mobile telecommunication systems
Keywords: mobile telecommunication, code division multiple access, structural secrecy.
Современный этап развития беспроводных телекоммуникационных систем характеризуется широким применением в них принципа кодового разделения каналов (CDMA), который по сравнению с временным (TDMA) и частотным (FDMA) разделением каналов имеет ряд преимуществ. Существуют следующие стандарты сотовой подвижной связи с кодовым разделением каналов, которые находят широкое применение в сетях различных поколений: IS-95, cdma2000, WCDMA и другие. На сегодняшний день разработана универсальная платформа построения СПИ КРК WCDMA которая вызвала большой интерес в России и послужила начальной точкой в развертывании сети третьего поколения 3G на ее территории.
В системах сотовой подвижной связи с кодовым разделением каналов для передачи информации используют шумоподобные сигналы (ШПС), которые благодаря уникальной кодовой структуре могут быть переданы в общей полосе частот и эффективно разделены на приемной стороне. Технология многостанционного доступа с кодовым разделением каналов обеспечивает возможность устойчивой связи в условиях воздействия комплекса помех и достижение конфиденциальности при обмене информацией, как это отмечено в работе [1].
Конфиденциальность передачи сообщений по радиоканалам может быть достигнута путём обеспечения энергетической и структурной скрытности сигналов — переносчиков информации и информационной скрытности самого сообщения.
Структурная (сигнальная) скрытность обеспечивается выбором сигнала близким по своим статистическим характеристикам к естественному фону, поскольку выявление признаков детерминизма может иметь решающее значение.
Для обеспечения сигнальной скрытности ШПС особое значение приобретают вопросы синтеза последовательностей длины N1, обладающих высокой сложностью разгадывания структуры и при достаточно представительном объеме ансамбля L последовательностей, с последующим осуществлением их автоматической смены по определенному алгоритму при приемлемой сложности аппаратуры.
В соответствии со стандартом ^-95, также как и в последующих стандартах, система многостанционного доступа с кодовым разделением каналов построена по методу расширения спектра частот на основе использования 64 видов последовательностей, сформированных по закону функций Уолша. Базовая станция может передавать информацию по 64 каналам одновременно. В каждом канале при передаче информации используется одна из 64 последовательностей Уолша. При изменении бита информационного сообщения фаза используемой последовательности Уолша изменяется на 180 градусов. Поскольку применяемые последовательности взаимно ортогональны, то взаимные помехи между каналами передачи базовой станции отсутствуют.
Информационные сигналы передаются на фоне специального синхронизирующего сигнала, структура которого формируется по закону псевдослучайных последовательностей максимальной длины. Синхронизирующий сигнал служит для введения передатчика базовой станции и приемника абонентской станции в цикловую фазу, а его манипуляция на этапе вхождения в связь обеспечивает передачу служебной информации.
Поскольку сигналы Уолша имеют регулярную структуру, которая заранее известна, то эти сигналы обладают низкой структурной
Наукоёмкие технологии в космических исследованиях Земли № 2-2010
TELECOMMUNICATIONS
His
скрытностью. Кроме того, сигналы Уолша обладают плохими корреляционными свойствами.
Целью статьи является разработка способа передачи информации для систем сотовой подвижной связи с кодовым разделением каналов, обеспечивающего повышение структурной скрытности сигналов.
Для достижения поставленной цели авторами работы предлагается для передачи цифровой информации, использовать производные ортогональные системы сигналов З^М, которые получаются за счет перемножения исходного и производящего сигналов. При этом в качестве исходной системы ортогональных сигналов выступает система функций Уолша, являющаяся первым сомножителем, а в качестве второго сомножителя производящий сигнал. В процессе данного преобразования (рис. 1) каждый ортогональный сигнал исходной системы Ут(0 посимвольно умножают на производящий сигнал УцМ, который должен обладать известной структурой и хорошими корреляционными свойствами. Данный способ известен из работы [2], которой применялся для поиска системы сигналов с оптимальными корреляционными характеристиками.
В рассматриваемой статье применение известного способа получения производных систем сигналов предлагается авторами усовершенствовать на основе применения в качестве производящей последовательности множества отрезков псевдослучайной последовательности длиной, равной исходному объему системы ортогональных сигналов Уолша (I. = 64).
Предлагаемый способ осуществляется в следующей последовательности: сначала с помощью вспомогательного синхронизирующего сложного сигнала передающая аппаратура базовой станции и приемная аппаратура каждой из 2т-1 абонентских станций вводится в цикловую фазу. Затем посредством манипуляции вспомогательного сигнала синхронизации на каждую абонентскую станцию передается служебная информация (единый начальный блок для всех абонентских станций). После выполнения указанной процедуры начинается одновременная передача всем абонентам цифровой информации, при этом каждому биту информации индивидуального абонентского канала ставится в соответствие сложный сигнал, структура которого зависит от номера сигнала исходной последовательности ортогональных сигналов и значения передаваемого бита
(0 или 1). Причем, если содержимое информационного бита равно нулю, то за время, равное длительности информационного бита, передается один период сложного сигнала прямой структуры, а при единичном содержимом один период сложного сигнала инверсной структуры.
После передачи очередного информационного бита на передающей и приемной стороне производится синхронная смена сложных сигналов-переносчиков информации каждого канала на основе способа получения производящих последовательностей. При этом производные системы ортогональных сигналов применяются путем стохастического выбора производного сигнала длиной, равной исходному объему системы ортогональных сигналов Уол-ша (L = 64), из множества отрезков псевдослучайной последовательности.
Предполагая, что на приемной стороне система производных сигналов образуется в соответствии с алгоритмом их образования на передающей стороне (то есть алгоритм идентичен на приемной и передающей сторонах), то сигналы, используемые в индивидуальных абонентских каналах на приемной стороне для корреляционной обработки, будут иметь структуру, совпадающую с сигналами, используемыми в индивидуальных абонентских каналах на передающей стороне.
Реализация данного способа информационного обмена, при условии, что процедура стохастического выбора производного сигнала из множества отрезков псевдослучайной последовательности, неизвестна другим сторонам, может существенно увеличить количество
систем ортогональных сигналов, стохастическое использование которьх позволит повысить их структурную скрытность.
На основе предложенного способа авторами разработана структурная схема системы сотовой подвижной связи с кодовым разделением каналов и стохастическим применением систем ортогональных сигналов, представленная на рис. 2.
Система передачи информации содержит в передающей аппаратуре: N = 2т индивидуальных каналов 1, каждый из которых состоит из блока цифровой информации 2 и модулятора 3, блок формирования группового сигнала 5, включающий объединитель входов 4 и модулятор 6, блок фазовой модуляции 7, усилитель мощности 8, передающую антенну 9, генератор сигнала синхронизации 10, генератор тактовых импульсов 11, блок формирования исходной системы ортогональных сигналов 12, блок стохастического формирования производящих сигналов 23, процессор умножения 24; в приемной аппаратуре: приемную антенну 14, блок высокочастотной селекции 13, блок обнаружения сигнала синхронизации 18, блок корреляционной обработки 15, блок выделения информации 16, блок приема информации 17, блок обнаружения сигнала синхронизации 18, блок поиска 19, генератор копий сигнала синхронизации 20, блок формирования копий исходной системы ортогональных сигналов 21, генератор тактовых импульсов 22, блок стохастического формирования копий производящего сигнала 25 и процессор умножения 26.
High technologies in Earth space research № 2-2010
ш
К Е 8 Е А К С II
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ
Рис. 2. Структурная схема системы сотовой подвижной связи с кодовым разделением каналов и стохастическим применением систем ортогональных сигналов
Устройство работает следующим образом. Информационные двоичные сигналы, поступают из блока цифровой информации 2 на модулятор 3, где осуществляется преобразование каждого информационного бита индивидуального абонентского канала в индивидуальный сложный сигнал методом расширения спектра сигналов прямой последовательностью. Структура сложного сигнала в процессе передачи определяется номером сигнала в системе ортогональных сигналов и значением передаваемого информационного бита. Сигналы, получаемые на выходах модулятора 3 каждого из N каналов, одновременно подаются в блок формирования группового сигнала 4, где после их объединения в сумматоре 5 и наложения в модуляторе 6 сигнала синхронизации, вырабатываемого генератором сигнала синхронизации 10, происходит образование группового сигнала, спектр которого после переноса в область несущей частоты в блоке фазовой модуляции 7 и усилителе мощности 8 через антенну 9 излучаются в эфир. На приемной стороне поступающий в антенну 14 сигнал подвергается предварительной обработке в блоке высокоча-
стотной селекции 13. С выхода этого блока сигнал одновременно подается в блок обнаружения сигнала синхронизации 18 и блок корреляционной обработки 15. При этом блок обнаружения сигнала синхронизации 18 совместно с блоком поиска 19 вводят в синхронизм генератор копии сигнала синхронизации 20, который в свою очередь синхронизирует генератор тактовых импульсов 22, под управлением которого синхронно передающей стороне осуществляются все процессы в блоке выделения информации 16, блоке формирования копий исходной системы ортогональных сигналов 21, блоке стохастического формирования копий производящего сигнала 25 приемной стороны.
В блоке корреляционной обработки 15 на основе одного из Ы-сигналов, используемого в данный момент времени в качестве расширяющей последовательности, осуществляется корреляционный прием, в блоке выделения информации 16 осуществляется выделение информационного символа, который выдается в блок приема информации 17.
В процессе синхронной работы блока сто-
хастического формирования производящих сигналов 23 на передающей стороне и блока стохастического формирования копий производящего сигнала 25 на приемной стороне осуществляется защищённый информационный обмен между передающей и приемной сторонами всех N каналов передачи информации.
Таким образом, предложенный в статье способ, обеспечивает повышение структурной скрытности сигналов за счет увеличения количества систем ортогональных сигналов, которые можно использовать в процессе информационного обмена в системе сотовой подвижной радиосвязи с кодовым разделением каналов.
Литература
1. Ипатова В.П. и др. Системы мобильной связи/ Учебное пособие для вузов. — М.: Горячая линия — Телеком, 2003.
2. Петровича Н.Т., Размахнина М.К. Системы связи с шумоподобными сигналами. — М.: Советское радио, 1969.
Наукоёмкие технологии в космических исследованиях Земли
20 № 2-2010
