Начнем со стандарта IS-54. Временная структура его эфирного интерфейса отличается сравнительной простотой.
Передача информации в канале трафика организуется следующими один за другим кадрами (английский термин frame; иногда и в русском языке употребляется наименование фрейм) длительностью 40 мс. Каждый кадр состоит из шести временных интервалов — слогов; длительность слота (6,67 мс) соответствует 324 битам, т.е. длительность одного бита составляет 20,55 мкс. При полноскоростном кодировании (английское full rate coding) на один речевой канал в каждом кадре отводится два слота, т.е. 20- миллисекундный сегмент речи упаковывается в один слот, длительность которого втрое меньше. При полускоростном кодировании (английское half rate coding) на один речевой канал отводится один слот в кадре, т.е. упаковка сигнала речи оказывается вдвое более плотной, чем при полноскоростном кодировании; однако, хотя полускоростное кодирование и предусмотрено стандартом, в настоящее время оно еще не реализовано.
Слот имеет несколько различную структуру в прямом канале трафика (английское downlink) — от базовой станции к подвижной и в обратном канале трафика (английское uplink) — от подвижной станции к базовой. В обоих случаях на передачу информации собственно речи отводится 260 бит. Еще 52 бита занимает управляющая и вспомогательная информация, назначение которой будет понятно из последующего изложения.
Рис.2.9. Структура кадра и слота системы D-AMPS (канал трафика; стандарт IS-54):Data — информация речи, Sync (Sc) — синхронизирующая (обучающая) последовательность, SACCH — информация медленного совмещенного канала управления, CDVCC (СС) — кодированный цифровой код подтверждения цвета; G -защитный бланк (Guard time), R — интервал фронта импульса передатчика (Ramp up time), V, W, X, Y — шестнадцатеричные нули, Res — резерв
Пока отметим лишь, что она включает: 28-битовую обучающую последовательность, используемую для идентификации слота в пределах кадра, синхронизации слота во времени и настройки эквалайзера; 12-битовое сообщение сигнализации (контроля и управления) канала SACCH (Slow Associated Control Channel — медленный совмещенный канал управления); 12-битовое поле кодированного цифрового кода окраски (CDVCC — Coded Digital Verification Color Code), служащего для идентификации подвижной станции при приеме ее сигнала базовой станцией (код назначается базовой станцией индивидуально для каждого канала, т.е. для каждой подвижной станции и ретранслируется последней обратно на базовую), при этом собственно цифровой код окраски занимает 8 бит, а 4 бита контроля добавляются при кодировании его укороченным ко- дом Хэмминга для защиты от ошибок.
Рис.2.10. Структура эфирного интерфейса системы D-AMPS (канал управления; стандарт IS-136): Data — информация управления; Sync — синхронизирующая (обучающая) последовательность; Sync+ — дополнительная синхронизирующая последовательность; SCF — общий канал обратной связи (Shared Channel Feedback), CSFP -закодированная фаза суперкадра (Coded Super Frame Phase); G — защитный бланк (Guard time); R — интервал фронта импульса передатчика (Ramp up time); AG — дополнительный защитный бланк укороченного слота; Pream — преамбула (Preamble); Res — резерв.
Оставшиеся 12 бит в прямом канале не используются (составляют резерв), а в обратном канале выполняют функцию защитного интервала, в течение которого не передается никакой полезной информации. Этот интервал включает 6-битовый защитный бланк, позволяющий выравнивать задержку сигнала с не слишком жестким допуском, и 6-битовый интервал фронта, в течение которого мощность передатчика подвижной станции выводится на номинальный уровень. В прямом канале необходимости в защитном интервале не возникает, поскольку выравнивание задержки производится при передаче информации по обратному каналу, а передатчик базовой станции работает непрерывно.
При полноскоростном кодировании слоты 1 и 4 содержат первый канал речи, слоты 2 и 5 — второй канал речи, слоты 3 и 6 -третий канал речи. При полускоростном кодировании каждый из шести слотов соответствует своему каналу речи. При передаче информации быстрого совмещенного канала управления FACCH эта информация замещает в слоте информацию речи (поле Data).
На начальном этапе установления связи используется укороченный слот, в котором многократно повторяются синхронизирующая последовательность и код CDVCC, разделяемые нулевыми числами различной длины. В конце укороченного слота имеется дополнительный защитный бланк. Подвижная станция передает укороченные слоты до тех пор, пока базовая станция не выберет необходимую временную задержку, определяемую удалением подвижной станции от базовой.
Кроме того, в стандарте IS-54 используются каналы управления, общие с аналоговым стандартом AMPS. Организацию работы этих каналов мы рассмотрим позже.
Перейдем к стандарту IS-136. Структура его эфирного интерфейса несколько сложнее. Это определяется тем, что вместо каналов управления, общих с аналоговым стандартом AMPS, введены новые «цифровые» каналы управления с более высокой пропускной способностью и большей функциональной гибкостью (рис.2.10). Для каналов трафика сохранена структура эфирного интерфейса стандарта IS-54 (рис.2.9).
Для цифровых каналов управления принята значительная степень преемственности с каналами трафика, облегчающая технологически переход от IS-54 к IS-136: та же длительность кадра, состоящего из шести слотов, с сохранением возможности полноскоростного и полускоростного кодирования; та же длительность бита и соответственно те же 324 бита в слоте; сохранены прежние алгоритмы канального кодирования и модуляции, в значительной мере сохранена структура слота. При этом обеспечивается совместимость стандартов снизу вверх. Поясним основные особенности цифровых каналов управления (рис. 2.10). Прежнее назначение осталось у поля синхронизации (Sync) и у защитного интервала обратного канала (поля G, R); резервное поле прямого канала (Res) сокращено до двух бит. Остальные поля слота цифрового канала управления отличаются от полей слота канала трафика. Здесь отсутствуют поля SACCH и CDVCC. Добавлено поле Sync+, содержащее дополнительную синхронизирующую последовательность.
В полях Data передается основной объем информации управления, причем в прямом канале объем этой информации в слоте составляет 160 бит, а в обратном — 144 бита. В полях общего канала обратной связи (поля SCF) передается ответная (от базовой станции) информация схемы случайного доступа; эта схема реализует вызов со стороны подвижной станции.
Поле CSFP содержит информацию о фазе суперкадра, которая позволяет определить начало суперкадра, что необходимо для корректного приема управляющей информации; кроме того, по содержанию этого поля, отличающегося от соответствующего поля цифрового канала трафика (поле CDVCC), подвижная станция отличает канал управления от канала трафика. В течение интервала преамбулы, не несущего информации, производятся автоматическая регулировка усиления приемника базовой станции и символьная синхронизация, предшествующие приему последующей информации. В укороченном слоте общий объем управляющей информации составляет 200 бит, а в конце слота введен дополнительный 44-битовый защитный интервал (дополнительные поля R и AG).