allgosts.ru33. ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ.АУДИО-И ВИДЕОТЕХНИКА33.040. Телекоммуникационные системы

ГОСТ Р 58166-2018 Технические требования к радиоинтерфейсу широкополосной системы радиодоступа (ШПР). Организация протоколов и алгоритмов работы на канальном и физическом уровнях. Основные параметры и технические требования

Обозначение:
ГОСТ Р 58166-2018
Наименование:
Технические требования к радиоинтерфейсу широкополосной системы радиодоступа (ШПР). Организация протоколов и алгоритмов работы на канальном и физическом уровнях. Основные параметры и технические требования
Статус:
Действует
Дата введения:
10/01/2018
Дата отмены:
-
Заменен на:
-
Код ОКС:
33.040

Текст ГОСТ Р 58166-2018 Технические требования к радиоинтерфейсу широкополосной системы радиодоступа (ШПР). Организация протоколов и алгоритмов работы на канальном и физическом уровнях. Основные параметры и технические требования


ГОСТ Р 58166-2018


НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ


ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К РАДИОИНТЕРФЕЙСУ ШИРОКОПОЛОСНОЙ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ (ШПР)*


Организация протоколов и алгоритмов работы на канальном и физическом уровнях. Основные параметры и технические требования


Technical requirements to the air interface of the wideband mobile radio (WBMR). The organization of protocols and algorithms of work on data link and physical levels. Main parameters and technical requirements*

________________

* Поправка (ИУС N 12-2018)



ОКС 33.040
ОКП 657000

Дата введения 2018-10-01

Предисловие

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Обществом с ограниченной ответственностью "НИРИТ СИНВЭЙ Телеком Технолоджи" (ООО "НСТТ")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 480 "Связь"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 5 июля 2018 г. N 392-ст

4 Настоящий стандарт соответствует документу Международного союза электросвязи ITU-R М.1801-2 (02/2013)* "Стандарты радиоинтерфейса для систем широкополосного беспроводного доступа подвижной службы, включая мобильные и кочевые применения, действующих на частотах ниже 6 ГГц" [(ITU-R М.1801-2 (02/2013) "Radio interface standards for broadband wireless access systems, including mobile and nomadic applications, in the mobile service operating below 6 GHz", NEQ] в части приложения 8 "Радиоинтерфейс для систем широкополосного беспроводного доступа стандарта SCDMA"
________________
* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым здесь и далее по тексту, можно получить, перейдя по ссылке на сайт . - .

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ


Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомления и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)


ВНЕСЕНА поправка, опубликованная в ИУС N 12, 2018 год

Поправка внесена изготовителем базы данных

1 Область применения


Настоящий стандарт распространяется на протоколы радиоинтерфейса широкополосной системы подвижной радиосвязи (ШПР).


Система включает две части: физический уровень и уровень звена данных (канальный уровень).

Этот стандарт описывает широкополосную систему подвижной радиосвязи (ШПР) для работы, управления, планирования, проектирования, а также для разработки и производства оборудования.

(Поправка. ИУС N 12-2018).

2 Нормативные ссылки


В настоящем стандарте использована нормативная ссылка на следующий стандарт:

ГОСТ 22670-77 Сеть связи цифровая интегральная. Термины и определения

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины, определения и сокращения

3.1 Термины и определения


В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 22670-77, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1.1 преамбула: Периодически повторяющаяся часть радиосигнала, занимающая временной интервал синхронизации в радиолинии "вниз" [downlink (DL]), которая используется для определения абонентскими терминалами (АТ) времени задержки и сдвига частоты в радиолинии DL. АТ вычисляют время задержки и частотный сдвиг по DL-преамбуле для того, чтобы синхронизироваться с базовой станцией (БС).

3.1.2 множественный доступ с ортогональным частотным разделением каналов и кодовым расширением спектра сигналов: Схема модуляции OFDMA, которая используется в системах широкополосного беспроводного доступа. К ней добавляется кодовое расширения спектра сигналов, в результате чего получается схема ШПР. Кодовое расширение осуществляется путем расширения каждого символа модуляции на несколько кодовых чипов за счет использования расширяющих кодовых последовательностей. Затем каждый полученный символ кодовой последовательности переносится на поднесущую и занимает во времени один OFDMA-символ.

3.1.3 подканал: Минимальная единица, используемая для планирования и распределения (выделения) физических ресурсов в широкополосных системах подвижной радиосвязи (ШПР). В обычном тайм-слоте физический канал составляют 8 поднесущих и 8 OFDMA-символов; в супер-тайм-слоте физический канал составляют 8 поднесущих и 10 OFDMA-символов.

(Поправка. ИУС N 12-2018).

3.1.4 группа поднесущих; ГПЧ: Множество соседних поднесущих частот, занимающее полосу радиочастотного спектра 1 МГц. Полоса пропускания системы широкополосного беспроводного доступа (ШПР) составляет 5 МГц. Она разделена на 5 групп поднесущих, каждая из которых состоит из 128 соседних поднесущих. Поэтому каждая группа поднесущих занимает полосу 1 МГц.

3.1.5 ID-последовательности БС: Последовательность (номер) ID используется для того, чтобы отличать БС друг от друга. Номер БС ID однозначно предопределяет вид используемых на данной БС: последовательности преамбулы, матрицы расширяющих последовательностей (кодов), маск-последовательности, последовательности запроса определения дальности и пилот-последовательности.

3.2 Сокращения


В настоящем стандарте применены следующие сокращения:

АТ - абонентский терминал;

АУМ - адаптивное управление мощностью;

АУУ - адаптивное управление усилением;

БД - блок данных;

БПФ - быстрое преобразование Фурье;

БС - базовая станция;

ВК - вещательный канал;

ГПЧ - группа поднесущих частот;

ЗВИ - защитный временной интервал;

ЗД - запрос доступа;

ЗИ - защитный интервал;

ЗКЗ - запрос коррекции задержки;

ЗПД - звено передачи данных (канальный уровень, или уровень L2);

КПТ - канал передачи трафика;

КУ - канальный уровень (уровень L2);

НСТТ - Нирит-Синвэй Телеком Технолоджи;

ОДп - обмен пакетами данных;

ОЗД - сообщение ответа на "запрос доступа";

ОЗКЗ - сообщение ответа на "запрос коррекции задержки";

ОРп - обмен речевыми пакетами;

ОСПШ - отношение уровня сигнала к уровню помех плюс шум;

ОСШ - отношение сигнал/шум;

ПД - пакеты данных;

ПдК - подканал;

ПОО - подканальное окно обзора;

ПФТ - подуровень формирования трафика;

РК - радиоканал;

PC - Рида-Соломона (кодирование, код);

СлС - служебное сообщение;

ТДС - точка доступа к сервису;

УМ-УС - управление мощностью и синхронизацией по задержке;

ФВ-канал - вещательный канал на физическом уровне;

ФУ - физический уровень;

ШПР - широкополосный радиодоступ;

АСK - подтверждение;

AND - операция логического И;

ARQ - Режим автоматических запросов повторов на непринятые сообщения;

BID - идентификационный номер БС;

Вit#0 - бит нулевого (младшего) разряда;

BLK - блок;

BSN - порядковый номер кадра, содержащего пакет данных;

BTS - базовая станция (БС);

BW- полоса радиоканала;

CI - уровень помех к тепловому шуму;

СID - идентификационный номер соединения;

CMD - команда;

CRC - циклическая последовательность контроля ошибок;

DC - центральная поднесущая;

DL - радиолиния от базовой станции к абонентскому терминалу ("вниз");

D-КПТ - физический канал трафика радиолинии DL;

FC - индикатор фрагмента сообщения;

FMT - 2-битовый параметр, задающий тип пакета данных;

FN - номер кадра;

G.711 - кодирование речи по стандарту ITU-T G.711 (64 кбит/с);

G.729 - кодирование речи по стандарту ITU-T G.729 (8 кбит/с);

Generic MAC Header- универсальный заголовок примитивов МАС-подуровня;

Handover - операция "Хэндовер" (передачи абонентского соединения на другую БС);

HCRC - проверочные CRC-биты заголовка MAC;

Header - заголовок;

НО - "Хэндовер";

ID - идентификатор;

L2 - канальный уровень в семиуровневой модели открытых систем (Х.200);

L3 - сетевой уровень в семиуровневой модели открытых систем (Х.200);

Lease - аренда;

Loading - коэффициент загрузки;

Loop - оператор циклического повторения;

MAC - нижний подуровень канального уровня, обеспечивающий взаимодействие со средой радиосвязи;

MIMO - метод пространственно-временного кодирования с множеством антенн на передачу и множеством антенн на прием;

MISO - метод пространственно-временного кодирования с множеством антенн на передачу и одной антенной на прием;

Mobility - индикатор мобильности;

mod - операция вычисления остатка при делении;

NAK - сообщение неподтверждения приема;

Network_ID - идентификатор сети;

NID - идентификатор сети;

non-OFB - шифрование в режиме без применения алгоритмов OFB;

OFB - блочное шифрование в режиме "обратной связи по выходу";

OFDM - ортогональное частотное мультиплексирование;

OFDMA - множественный доступ с ортогональным частотным разделением;

OR - операция логического ИЛИ;

Padding - дополнительные биты "набивки" для выравнивания размера кадра;

Payload - часть сообщения, содержащая полезную информацию;

PC - управление мощностью;

PDU - пакет данных;

PID - идентификационный номер оборудования АТ;

Pil - символ пилот-последовательности;

РМ - предел изменения мощности передачи;

PWR - мощность;

QoS - показатель качества обслуживания;

QPSK - модуляция ФМ-4;

8PSK - модуляция ФМ-8;

16QAM - модуляция КАМ-16;

64QAM - модуляция КАМ-64;

Rate - индекс, определяющий емкость канала (бит/с);

Reason - причина;

Reset - перезапуск;

Result - результат;

RLS - завершение (соединения);

RQ - запрос;

RSV - резерв;

RX - режим приема;

Scrambling - операция скремблирования;

scg - индекс, задающий номер ГПЧ;

SCG_Index- индекс ГПЧ;

SFID - идентификатор уровня обслуживания;

shl - логическая операция побитового сдвига влево;

SINR - отношение сигнал/(помеха+шум);

Spreading - операция расширения спектра;

SS - параметр подстройки временного сдвига (в единицах 1/8 мкс);

STC - режим автонастройки;

TDD - дуплексная передача на основе временного разделения;

Timeout - время ожидания;

Transld - ID транзакции;

TS - тайм-слот;

ТХ - режим трансляции (передачи);

Туре - тип;

UID - идентификационный номер абонента;

UL - радиолиния от абонентского терминала к базовой станции ("вверх");

UT_TYPE - тип АТ (задает поддерживаемую рабочую полосу);

U-КПТ - физический канал трафика радиолинии UL;

VER - версия;

VSN - порядковый номер кадра, содержащего речевой пакет;

While - оператор проверки условия завершения цикла (выполнять, пока проверка не даст результат "истина");

XOR - логическая операция "исключающее ИЛИ";

Z-Module - индикатор поддержки режима многопользовательских речевых соединений оконечным оборудованием.

4 Физический уровень (ФУ)

4.1 Краткий обзор


ФУ является самым низким уровнем радиоинтерфейса системы ШПР.

Услуги, поддерживаемые ФУ:

- передача и получение радиосигналов;

- кодирование и декодирование потоков данных и исправление ошибок;

- синхронизация в радиолиниях DL и UL;

- организация доступа;

- измерения параметров физического канала;

- формирование диаграмм направленности антенных систем в радиолиниях DL и UL;

- поддержка интерфейсов обмена с более высокими служебными уровнями.

Диаграмма преобразования потока информации на физическом уровне приведена на рисунке 1.


Рисунок 1 - Диаграмма преобразования потока информации на физическом уровне


На рисунке 1 использованы обозначения:

- битовый поток с подуровня MAC;

- битовый поток после скремблирования;

- битовый поток после канального кодирования;

- битовый поток, преобразованный для обработки в модуляторе;

- поток символов после модуляции;

- векторная последовательность после кодирования, расширяющего спектр. Каждый элемент последовательности , i=(0, 1, ..., K-1) представляет собой вектор размерности , где - актуальный коэффициент нагрузки.

4.2 Описание преобразования потока данных на физическом уровне


Физический уровень системы ШПР включает преобразование сигналов при передаче и приеме потока данных так, как приведено на рисунках 2 и 3.

Примечание - Пунктиром показаны блоки, функции которых являются опциональными (т.е. необязательными).

ГОСТ Р 58166-2018 Технические требования к радиоинтерфейсу широкополосной подвижной радиосвязи (ШПР). Организация протоколов и алгоритмов работы на канальном и физическом уровнях. Основные параметры и технические требования (с Поправкой)


Рисунок 2 - Преобразование потока данных в радиолинии DL

ГОСТ Р 58166-2018 Технические требования к радиоинтерфейсу широкополосной подвижной радиосвязи (ШПР). Организация протоколов и алгоритмов работы на канальном и физическом уровнях. Основные параметры и технические требования (с Поправкой)


Рисунок 3 - Преобразование потока данных в радиолинии UL

4.3 Системные параметры


Системные параметры АТ и БС приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1 - Параметры АТ

Параметр

Быстрое преобразование Фурье (БПФ) (количество точек)

256

1024

Номинальная полоса пропускания (МГц)

1

5

Частота дискретизации (МГц)

2

8

Фактическая полоса пропускания (МГц)

1/0.875

4.75

Фактическое число используемых поднесущих

128/112

608


Таблица 2 - Параметры БС

Параметр

Быстрое преобразование Фурье (БПФ) (количество точек)

1024

Номинальная полоса пропускания (МГц)

5

Частота дискретизации (МГц)

8

Фактическая полоса пропускания (МГц)

4.75

Фактическое число используемых поднесущих

608

4.4 Спецификации последовательностей


В системе ШПР используются шесть типов последовательностей: последовательность скремблирования, последовательность преамбулы, последовательность, расширяющая спектр, маск-последовательность (mask), последовательность коррекции задержки распространения (ranging) и последовательность пилот-сигнала. Последовательность скремблирования и последовательность, расширяющая спектр, не связаны с ID-номером БС, в то время как другие последовательности предопределяются ID-номером базовой станции.

Ниже приведено более подробное описание каждой из последовательностей.

4.4.1 Последовательность скремблирования


Используется только один вид последовательности скремблирования, состоящей из 1536 бит, каждый из которых равен 0 или 1. Конкретный вид указанной последовательности скремблирования приведен в таблице А.1.

Примечание - Стартовая позиция скремблирования отдельного логического соединения привязана в каждом кадре (см. п.4.8.1) к старшему биту первого символа модуляции стартового тайм-слота линий DL/UL (см. п.4.8.2)



(Поправка. ИУС N 12-2018).

4.4.2 Последовательность преамбулы


Последовательности преамбулы используется* только в радиолиниях связи "вниз". Всего существует 16 различных последовательностей преамбулы. Конкретный вид указанных последовательностей преамбулы приведен в таблице А.2.
_______________
* Текст документа соответствует оригиналу. - .

4.4.3 Последовательность, расширяющая спектр, и маск-последовательность

4.4.3.1 Последовательность, расширяющая спектр (Spreading sequence)

Пусть Н - матрица расширения спектра, имеющая размер . В системе существует три типа матриц расширения спектра, каждому из которых соответствует различное значение параметра .

1 В случаях, когда , в качестве Н используется матрица Адамара (Hadamara) размером 88, которая применяется при передаче по каналам радиолиний "вниз" и радиолиний "вверх". Ее вид устанавливает формула

. (1)

2 В случаях, когда , в качестве Н используется матрица Адамара (Hadamara) размером 77, которая применяется при передаче по каналам радиолиний "вниз" и радиолиний "вверх". Ее вид устанавливает формула

(2)

3 В случаях, когда =6, в качестве Н используется матрица Адамара (Hadamara) размером 66, которая применяется при передаче по каналам радиолиний "вниз" и радиолиний "вверх". Ее вид устанавливает формула

(3)

4.4.3.2 Маск-последовательность

Маск-последовательность, обозначаемая как , однозначно предопределяется идентификатором БС ID и используется для того, чтобы при обработке последовательностей, расширяющих спектр, можно было осуществить селекцию сигналов различных БС.

Обозначают через k идентификатор ID БС, осуществляющей обслуживание на заданной территории. Если элементы последовательности преамбулы, выбранные согласно таблице А.1, являются (, ..., ), то элементы от до составляют маск-последовательность , т.е. .

4.4.4 Последовательность запроса коррекции задержки (ЗКЗ)


В системе существует 384 (т.е. 1624) ЗКЗ-последовательности, использующиеся в каждой группе поднесущих (ГПЧ) с полосой 1 МГц. В приведенном расчетном соотношении 16 соответствует числу различных идентификаторов ID БС, поддерживаемых в системе, а 24 определяется числом различных ЗКЗ-последовательностей, поддерживаемых БС с заданным номером идентификатора ID. Конкретный вид ЗКЗ-последовательностей приведен в таблице А.2.

4.4.5 Пилот-последовательность

Пилот-последовательность используется в каждой группе поднесущих (ГПЧ). Ее применяют как в радиолиниях "вниз", так и в радиолиниях "вверх". Ее кодовые символы передаются на интервале одного OFDM-символа на 128 соседних поднесущих, составляющих полосу в 1МГц. Вид пилот-последовательности однозначно определяется идентификатором ID БС. Конкретный вид 16 допустимых пилот-последовательностей определен в таблице А.3.

4.5 Модуляция и канальное кодирование

4.5.1 Скремблирование


Для радиолиний "вверх" и для радиолиний "вниз" в системе используется скремблирующая последовательность постоянного вида. С ее помощью осуществляется скремблирование битового потока, поступающего с МАС-подуровня, . Детальный вид скремблирующей последовательности приведен в приложении А.

Алгоритм скремблирования в радиолиниях "вверх" и "вниз" одинаковый и соответствует приведенному ниже описанию (в виде фрагмента программного кода):

for i=0, ..., М-1



end for,

где M - длина битовой последовательности МАС-подуровня;

Nscramble - длина скремблирующей последовательности;

Scramble - скремблирующая последовательность;

mod - оператор вычисления остатка "по модулю";

- операция "исключающее ИЛИ" (XOR);

- i-й бит информационной последовательности после операции скремблирования.

4.5.2 Канальное кодирование

4.5.2.1 Коды Рида - Соломона (RS Coding)

Для PC кодирования в системе используется укороченный (26, 24) код, получаемый из исходного кода (31, 29) над полем GF(2).

При этом в качестве примитивного многочлена над полем GF(2) используется многочлен, задаваемый соотношением


. (4)

Порождающий многочлен PC-кода определяется формулой


. (5)

Описание процедуры РС-кодирования

1 Если поток битов, поступающий на кодер, имеет размер, не кратный 96, то он дополняется нулевыми битами до ближайшего размера, кратного 96.

2 Обозначают текущий кодируемый блок битового потока ). Тогда на его основе создается последовательность из 5-битовых символов (), где:


.

не передаются в эфир, а используются только на этапе кодирования.

3 Входная последовательность (,,...,) поступает на вход PC-кодера. Кодер на выходе формирует два проверочных символа, или что то же самое - 10 проверочных бит (,, ..., ). После этого исходный блок битового потока дополняется проверочными битами и приобретает вид:

.

4 Если на первом шаге была произведена операция дополнения нулевыми битами, то после кодирования эти нулевые биты удаляют из кодированного блока. Поток битов после PC-кодирования обозначают ().

4.5.3 Модуляция


Виды модуляции, применяемые в системе: QPSK, 8PSK, 16QAM и 64QAM с соответствующими созвездиями, показаны на рисунках 4-7. На этих рисунках символ обозначает коэффициент нормировки, при котором обеспечивается единичная средняя мощность при равномерном распределении точек созвездия. Вид модуляции в процессе работы выбирается динамически на основе оценки качества канала связи (основной используемый показатель - отношение сигнал/шум), чтобы оптимизировать пропускную способность канала.

4.5.3.1 QPSK


Рисунок 4 - Созвездие QPSK

Битовый поток после кодирования () (см. рисунок 1). Способ преобразования его в последовательность символов QPSK модуляции показан ниже.

1 Битовый поток преобразуется в векторную последовательность. Каждый член векторной последовательности формируется из двух смежных бит исходного битового потока:

.

2 Каждый 2-битовый член векторной последовательности отображается в биты созвездия: на и на . После чего полученная пара бит созвездия отображается на соответствующую ей точку (позицию) созвездия модуляции. В таблице 3 приведено правило отображения бит на комплексные позиции созвездия модуляции .

Таблица 3 - Отображение бит на точки созвездия для QPSK-модуляции

Биты (Re) (lm)

Комплексные символы

00

10

11

01

3 На следующем этапе в схему модулятора вводят очередной 2-битовый член векторной последовательности и таким образом осуществляют его отображение на точку созвездия модуляции по алгоритму, описанному выше.

В результате на выходе схемы модулятора получают последовательность комплексных символов, которую обозначают как (), где D - длина потока символов модуляции.

4.5.3.2 8PSK


Рисунок 5 - Созвездие 8PSK

Битовый поток после кодирования () (см. рисунок 1). Способ преобразования его в последовательность символов модуляции 8PSK () показан ниже.

1 Битовый поток преобразуется в векторную последовательность. Каждый член векторной последовательности формируется из трех смежных бит исходного битового потока:

.

2 Каждый 3-битовый член векторной последовательности отображается в биты созвездия: на , на и на . Затем полученная тройка бит созвездия отображается на соответствующую ей точку (позицию) созвездия модуляции. В таблице 4 приведено правило отображения бит на комплексные позиции созвездия модуляции .

Таблица 4 - Отображение бит на точки созвездия для 8PSK-модуляции

Биты

Комплексные символы

000

001

101

100

110

111

011

010

3 На следующем этапе в схему модулятора вводят очередной 3-битовый член векторной последовательности и таким образом осуществляют его отображение на точку созвездия модуляции по алгоритму, описанному выше.

В результате на выходе схемы модулятора получают последовательность комплексных символов, которую обозначают как (), где D - длина потока символов модуляции.

4.5.3.3 16QAM


Рисунок 6 - Созвездие 16QAM

Битовый поток после кодирования () (см. рисунок 1). Способ преобразования его в последовательность символов модуляции 16QAM () показан ниже.

1 Битовый поток преобразуется в векторную последовательность. Каждый член векторной последовательности формируется из четырех смежных бит исходного битового потока:

.

2 Каждый 4-битовый член векторной последовательности отображается в биты созвездия: на , на , на и на . Затем полученная четверка бит созвездия отображается на соответствующую ей точку (позицию) созвездия модуляции. В таблице 5 приведено правило отображения бит на комплексные позиции созвездия модуляции .

Таблица 5 - Отображение бит на точки созвездия для 16QАМ-модуляции

Биты

Комплексные символы ()

0000

0001

0100

0101

1000

1001

1100

1101

1010

1011

1110

1111

0010

0011

0110

0111

3 На следующем этапе в схему модулятора вводят очередной 4-битовый член векторной последовательности и таким образом осуществляют его отображение на точку созвездия модуляции по алгоритму, описанному выше.

В результате на выходе схемы модулятора получают последовательность комплексных символов, которую обозначают как (), где D - длина потока символов модуляции.

4.5.3.4 64QAM


Рисунок 7 - Созвездие 64QAM

Битовый поток после кодирования () (см. рисунок 1). Способ преобразования его в последовательность символов модуляции 16QAM () показан ниже.

1 Битовый поток преобразуется в векторную последовательность. Каждый член векторной последовательности формируется из шести смежных бит исходного битового потока:

.

2 Каждый 6-битовый член векторной последовательности отображается в биты созвездия: на , на , на , на , на и на . После чего полученная четверка бит созвездия отображается на соответствующую ей точку (позицию) созвездия модуляции. В таблице 6 приведено правило отображения бит на комплексные позиции созвездия модуляции .

Таблица 6 - Отображение бит на точки созвездия для 64QAM модуляции

Биты

Комплексные символы

001001

001000

001010

001011

000001

000000

000010

000011

010001

010000

010010

010011

011001

01100

011010

011011

011001

101000

101010

101011

100001

100000

100010

100011

110001

110000

110010

110011

111001

111000

111010

111011

101101

101100

101110

101111

100101

100100

100110

100111

110101

110100

110110

110111

111101

111100

111110

111111

001101

001100

001110

001111

000101

000100

000110

000111

010101

010100

010110

010111

011101

011100

011110

011111

3 На следующем этапе в схему модулятора вводят очередной 6-битовый член векторной последовательности и таким образом осуществляют его отображение на точку созвездия модуляции по алгоритму, описанному выше.

В результате на выходе схемы модулятора получают последовательность комплексных символов, которую обозначают как (), где D - длина потока символов модуляции.

4.6 Преобразование проверочных бит PC-кода с помощью операции XOR при осуществлении переконфигурации полосы радиоканала


Этот подраздел описывает процедуру взаимодействия физического уровня и МАС-подуровня при переопределении полосы канала связи.

Когда БС отправляет команду переопределения (изменения) параметров канала связи на абонентский терминал (АТ), то АТ на физическом уровне должен осуществлять преобразование последовательности бит четности , , ..., каждого формируемого PC-кодированного блока с помощью операции XOR с фиксированной последовательностью скремблирующих бит (0101010101), что должно приводить к формированию закодированных блоков в битовом потоке:

, , ..., , , , , , ..., , , и только после этого АТ может перейти к следующим шагам работы.

БС, в свою очередь, после приема данных должна выполнить операцию XOR для проверочных бит с фиксированной скремблирующей последовательностью (0101010101) и только после этого отправить результат на декодер. Если PC-декодирование при этом успешно выполняется, то выносится решение о том, что реконфигурация полосы канала прошла успешно, в противном случае попытка реконфигурации рассматривается как неудачная. Физический уровень передает рапорт о результате реконфигурации на уровень 2.

4.7 Описание символа ШПР

4.7.1 OFDMA-символ

4.7.1.1 Символ

В таблице 7 приведены параметры OFDM-символа.

Таблица 7 - Параметры OFDM-символа

Расстояние между поднесущими частотами

7.8125 кГц

Полезная длительность символа

128 мкс

Длительность OFDMA-символа

137.5 мкс

Длительность циклического префикса

6 мкс

Длительность циклического постфикса

3.5 мкс

4.7.1.2 Временная структура OFDMA-символа

Нa рисунке 8 приведена временная структура OFDMA-символа.


Рисунок 8 - Временная структура OFDMA-символа


Длительность OFDMA-символа составляет 137.5 мкс и состоит из полезной длительности символа 128 мкс и длительности двух защитных интервалов (6 мкс+3.5 мкс=9.5 мкс).

4.7.1.3 Частотная структура OFDMA-символа

OFDMA-символ состоит из поднесущих, число которых определяет размер используемого быстрого преобразования Фурье (БПФ). Частотно-спектральная структура OFDMA-символа приведена на рисунке 9.

Есть три типа множества поднесущих:

- поднесущие данных, предназначенные для передачи данных;

- поднесущие пилот-сигнала, предназначенные для формирования различных оценок состояния физического канала;

- "пустые" поднесущие, использующиеся в позиции центральной несущей частоты (DC), а также для формирования спектральных "окон" для обнаружения помех.


Рисунок 9 - Частотно-спектральная структура OFDMA-символа

4.7.2 Кодовое расширение спектра (spreading)

4.7.2.1 Коэффициент кодового расширения

Коэффициент кодового расширения определяет размер спектрального расширения, применяемого для отдельного OFDMA-символа, . Если ПдК OFDMA-символа не содержит ни "пустой" поднесущей центральной частоты, ни "пустых" поднесущих спектральных окон обнаружения помех (ПОО), то параметр устанавливается равным 8, если же ПдК содержит одну поднесущую центральной частоты или одну поднесущую окна ПОО, то устанавливается равным 7, если ПдК символа OFDMA содержит поднесущую центральной частоты и поднесущую окна ПОО, то устанавливается равным 6.

4.7.2.2 Процедура расширения спектра

Расширение спектра OFDMA-символа производится с использованием параметров (номинальный коэффициент нагрузки - целое число между 1 и 8) и .

Оно осуществляется следующим образом:

1 Если , то вычисляют фактический коэффициент загрузки :

;

если , то фактический коэффициент загрузки равен номинальному .

2 Первые символов необработанной последовательности транспортируют для построения вектора-столбца , после чего эти символы удаляют из необработанной последовательности символов.

3 Выбирают матрицу расширения спектра Н (см. 4.4.3.1), размер которой соответствует значению .

4 Строят матрицу W из матрицы расширения Н по следующему правилу:


,


где - векторы-столбцы матрицы расширения спектра .

5 Строят из маск-последовательности (см. 4.4.3.2). Для этого из маск-последовательности удаляют символы и , индексы позиций которых соответствуют позициям "пустых" поднесущих DC и окон ПОО, попавших в множество из 8 поднесущих, составляющих ПдК OFDMA-символа. После этого оставшиеся компоненты матрицы-строки транспонируют, что и дает в результате вектор :

.

6 Равенство (6) определяет векторную форму символа с расширенным на поднесущие ПдК спектром

, (6)


где е - обозначает операцию прямого произведения элементов матриц, называемое также произведением Адамара;

- вектор размера , представляющий символ ПдК, полученный после кодового расширения спектра для набора .

4.7.3 Генерирование ШПР-сигнала (частотная область)

4.7.3.1 Краткое замечание

Частотный сигнал передающего тракта формируется из OFDMA-символов отдельных ПдК. Генерации OFDMA-символов данных и OFDMA-символов пилот-сигнала описаны в 4.7.3.2 и 4.7.3.3 соответственно.

4.7.3.2 Генерирование сигналов в частотной области

4.7.3.2.1 Базовая станция (БС)

Соотношение (7) определяет спектральные векторы сигналов, формируемые на БС для заданного OFDMA-символа конкретного ПдК:

, j=0, ..., J-1, (7)


где J - число групп дублирования трансляций при организации разнесенной передачи с применением многоэлементных антенных решеток в режимах MIMO или MISO (JK). Для МIМO22 (см. 4.12) J=2. J=1 в случаях, когда метод разнесенной передачи не используется;

K - число диаграмм (пространственных лучей), используемое при реализации разнесенной передачи методами MIMO или MISO. Для режима МIМO2х2 (см. 4.12) K=2. K=1 в случаях, когда метод разнесенной передачи не используется;

- параметр управления мощностью передачи k-го векторного сигнала, полученного при кодовом расширении спектра;

- эффективное число поднесущих, используемое для передачи символов подканала;

- фактический коэффициент загрузки;

- вектор k-го сигнала, полученный при кодовом расширении спектра и отображенный на элементарный ПдК из j-й группы дублирования трансляций;

- множитель, реализующий дополнительный сдвиг фазы сигнала в соответствии с рабочей ГПЧ, здесь scg = {0, 1, 2, 3, 4} - индекс ГПЧ. Сами значения приведены в таблице 8 (см. 4.7.4);

- весовой вектор (компоненты соответствуют антенным элементам решетки), формирующий диаграмму направленности излучения для k-го сигнала, полученного при кодовом расширении спектра:



(в случаях, когда управление лучами диаграммы не используется ),

где - число элементов в антенной системе;

- умножение Кронекера;

- составной вектор размерности , каждый элемент которого сам является вектором, составленным из элементарных спектральных компонент ПдК, входящих в группу дублирования трансляций под номером j:

,

где - вектор-столбец спектральных компонент OFDMA-символа данных, предназначенный для передачи через i-ю антенну, составленный для элементарных ПдК, входящих в j-ю группу дублирования трансляций.

4.7.3.2.2 Абонентский терминал (АТ)

Равенство (8) определяет вектор дискретного спектра сигнала, используемого для передачи OFDMA-символа данных в заданном ПдК АТ,

, (8)


где р - параметр управления мощностью передачи сигнала, сформированного в результате кодового расширения спектра;

- эффективное число поднесущих в ПдК;

- фактический коэффициент загрузки;

- вектор-столбец размерности , задающий дискретный спектр сигнала, сформированный процедурой кодового расширения (см. 4.7.2.2);

- множитель, реализующий дополнительный сдвиг фазы сигнала в соответствии с рабочей ГПЧ, здесь scg = {0,1, 2, 3, 4} - индекс ГПЧ. Сами значения приведены в таблице 8 (см. 4.7.4);

- вектор спектральных компонент сигнала для передачи OFDMA-символа данных.

4.7.3.3 Пилот-сигнал

В каждом подканале один или два символа распределены для организации трансляции пилот-сигнала, который на приемной стороне используется для оценки канала. Такие символы называют пилот-символами. Конфигурация пилот-сигнала приведена в 4.8.2.

4.7.3.3.1 Базовая станция (БС)

На БС пилот-символы формируются из набора пилот-сигналов (согласно 4.4.5 и таблице А.3). Обозначают текущий номер ПдК как n (n=0, 1,..., 75). Тогда пилот-символ формируется следующим образом:

1 В соответствии с номером ID БС выбирают набор символов пилот-последовательности из таблицы А.3.

.

2 Выбирают пилот-символ из вышеупомянутого набора в соответствии с номером ПдК (n) по формуле

(9)


где - спектральный вектор пилот-сигнала размерности 8, используемый для каждой антенны.

3 Спектральная структура пилот-сигнала на множестве антенн формируется согласно формуле

, (10)


где р - параметр управления мощностью трансляции пилот-сигнала,

- вектор формирования луча диаграммы направленности антенной системы:

,

где - число антенн. , если используется только одна антенна;

- умножение Кронекера;

- составной вектор, задающий спектральную структуру пилот-сигнала для всего множества антенн:

,

где - вектор спектральной структуры пилот-сигнала (символа) для i-й антенны.

4.7.3.3.2 Абонентский терминал (АТ)

На АТ пилот-символы формируются из набора пилот-сигналов (согласно 4.4.5 и таблице А.3). Обозначают текущий номер ПдК как n (n=0, 1,..., 75). Тогда пилот-символ формируется следующим образом:

1 В соответствии с номером ID БС обслуживающей базовой станции выбирают набор символов пилот-последовательности из таблицы А.3.

.

2 Из вышеупомянутого набора в соответствии с номером ПдК (n) выбирают пилот-символ (состоящий из 8 элементов):

3 Пилот-сигнал формируется согласно формуле

, (11)

где - спектральный вектор пилот-сигнала;

р - параметр управления мощностью трансляции пилот-сигнала;

- вектор спектральной структуры пилот-сигнала.

4.7.4 Сигнал преамбулы ШПР в частотной области


Во временной области преамбула состоит из двух повторяющихся синхросимволов, каждый из которых имеет длительность 64 мкс, циклического префикса длительностью 24 мкс и циклического суффикса длительности 8 мкс. На рисунке 10 приведена структура преамбулы во временной области.


Рисунок 10 - Структура сигнала преамбулы во временной области


В частотной области спектр преамбулы составляют 608 поднесущих. Правило генерации сигнала преамбулы из множества преамбульных последовательностей заключается в формировании дискретного спектра на множестве поднесущих частот и предполагает следующее:

1 В соответствии с номером ID БС выбирают преамбульную последовательность из таблицы последовательностей преамбул, приведенной в таблице А.1 (см. 4.4.2);

2 В соответствии с номером рабочей ГПЧ выбирают множитель , реализующий операцию фазового сдвига согласно таблице 8;

3 На множестве поднесущих частот в соответствии с их индексами в пределах (16-623) вычисляют символы (см. также 4.9.2), определяющие дискретный спектр сигнала преамбулы. Указанное правило вычисления в виде программного фрагмента представлено ниже:

for index 16 to 623
if index mod 2 == 0
;
else
=0;
end if
end for,


где mod - операция вычисления остатка деления по модулю;

- операция вычисления целой части числа (округление "вниз" до ближайшего целого);

- множитель, формирующий фазовый сдвиг, значения которого даны в таблице 8.

Таблица 8 - Значения

1.0000

-0.8090-0.5878j

-0.8090+0.5878j

-0.8090+0.5878j

-0.8090-0.5878j


- вектор спектральных компонент сигнала преамбулы, полученный в результате выполнения вышеприведенных процедур.

Формула (12) представляет правило формирования дискретного спектра сигнала преамбулы в режиме с использованием многоэлементной антенной системы

, (12)


где - вектор спектральных компонент сигнала преамбулы;

- весовой вектор, обеспечивающий работу антенной системы со всенаправленной диаграммой направленности (omni) в плоскости азимутальных направлений:

,

где - число элементов (антенн) в антенной системе (, когда );

- умножение Кронекера;

- расширенный вектор, задающий спектральные структуры сигнала преамбулы для всего множества антенн, равен:

,

где - вектор спектральной структуры сигнала преамбулы, поступающего на передачу через i-ю антенну.

4.7.5 Запрос коррекции задержки (ЗКЗ) в структуре сигнала ШПР


ЗКЗ-сигнал имеет длительность 128 мкс. На рисунке 11 показана структура дискретного спектра ЗКЗ-сигнала. Формирование дискретного спектра ЗКЗ-сигнала на множестве поднесущих осуществляется следующим образом:

1 В соответствии с номером ID БС выбирается последовательность ЗКЗ (, ,..., ) из таблицы ЗКЗ-последовательностей, приведенной в таблице А.2 (см. также 4.4.4).

2 На множестве поднесущих частот в соответствии с их индексами в пределах от 128+16 до 128+111 (см. рисунок 11), где i - номер ГПЧ (), вычисляют символы R, определяющие дискретный спектр сигнала ЗКЗ. Указанное правило вычисления в виде фрагмента программного кода представлено ниже:

for index 16 to 623
R(index)=0;
end for
for index 0 to 95
if index == 47&&i == 2
R(i -128+ index+16)=0;
else
;
end if
end for.


Рисунок 11 - Спектральная структура множества поднесущих, составляющих ЗКЗ-сигнал

4.8 Кадр

4.8.1 Структура кадра

ШПР поддерживает два вида структуры кадра: кадры длительностью 10 и 5 мс. Тайм-слоты трафика могут гибко распределяться между радиолиниями UL/DL. Варианты возможных распределений 7:1, 6:2, 5:3, 4:4, 3:5, 2:6 и 1:7.

В качестве наиболее вероятного рассматривается симметричное распределение (4:4) таймслотов (временных интервалов) между радиолиниями UL и DL. В зависимости от длительности кадры имеют различную структуру. Особенности двух структур кадра поясняются ниже.

Кадр длительностью 10 мс включает преамбулу (она содержит префикс, два символа синхронизации и суффикс, как описано в 4.7.4), 8 тайм-слотов трафика (включая 4 тайм-слота трафика радиолинии DL и 4 тайм-слота трафика радиолинии UL), временной интервал ЗКЗ (используется только для радиолинии UL) и два защитных временных интервала (ЗВИ). Структура этого кадра приведена на рисунке 12.

Кадр длительностью 5 мс включает преамбулу (ее структура такая же, как и в случае преамбулы кадра длительностью 10 мс), 4 тайм-слота трафика (включая 2 тайм-слота трафика радиолинии DL и 2 тайм-слота трафика радиолинии UL), временной интервал ЗКЗ (используется только для радиолинии UL) и два защитных временных интервала. Структура кадра длительностью 5 мс приведена на рисунке 13.


Рисунок 12 - Структура кадра длительностью 10 мс


Рисунок 13 - Структура кадра длительностью 5 мс

4.8.2 Структура тайм-слотов (временных интервалов) трафика

Тайм-слоты (временные интервалы) трафика, составляющие кадр длительностью 10 мс, имеют два вида: "обычные тайм-слоты" и "супер-тайм-слоты". Длительность обычного тайм-слота трафика радиолинии DL составляет 1116 мкс. В нее входят: мини-интервал системы адаптивного управления усилением (АУУ) и 8 OFDMA-символов. Длительность обычного тайм-слота радиолинии UL составляет 1106 мкс. В него входят мини-слот системы адаптивного управления усилением (АУУ) и 8 OFDMA-символов. Супер-тайм-слот радиолинии DL имеет длительность 1391 мкс. В него входят мини-слот системы адаптивного управления мощностью (АУМ) и 10 OFDMA-символов. Супер тайм-слот радиолинии UL имеет длительность 1381 мкс. В него входят: мини-слот системы адаптивного управления мощностью (АУМ) и 10 OFDMA-символов. Структуры тайм-слотов кадра 10 мкс приведены на рисунках 14 и 15. Светло-серым цветом обозначены позиции OFDMA-символов, в которых размещаются пилот-сигналы в режиме организации мобильного канала связи. Темно-серым цветом обозначены позиции OFDMA-символов, в которых размещаются пилот-сигналы в режиме организации стационарного канала связи (где светло-серый символ и серый символ отдельно обозначают положения символов пилот-сигнала в мобильном подканале и положение символа пилот-сигнала в стационарном подканале).


Рисунок 14 - Структура тайм-слотов в кадре трафика в DL длительностью 10 мс


Рисунок 15 - Структура тайм-слотов в кадре трафика в UL длительностью 10 мс

В структуре тайм-слотов, составляющих кадр трафика длительностью 5 мс, содержатся только обычные тайм-слоты. В этом случае обычный тайм-слот радиолинии DL имеет длительность 1110 мкс. Он включает мини-слот системы адаптивного управления усилением (АУУ) и 8 OFDMA-символов. Обычный тайм-слот UL имеет длительность 1106 мкс. Он включает мини-слот системы адаптивного управления мощностью (АУМ) и 8 OFDMA-символов. Структуры тайм-слотов для кадра длительностью 5 мс приведены на рисунках 16 и 17. Светло-серым цветом обозначены позиции OFDMA-символов, в которых размещаются пилот-сигналы при организации мобильных каналов связи, а темно-серым обозначены позиции, в которых размещается пилот-сигнал при организации стационарных каналов связи.


Рисунок 16 - Структура тайм-слотов в кадре трафика в DL длительностью 5 мс



Рисунок 17 - Структура тайм-слотов в кадре трафика в UL длительностью 5 мс

4.8.3 Пропорции распределения тайм-слотов трафика в радиолиниях DL/UL при временном дуплексе

ШПР использует дуплекс с временным разделением (TDD) и имеет возможность гибко приспосабливать структуру кадра и менять соотношение тайм-слотов трафика в радиолиниях DL/UL в соответствии с требованием на полосы пропускания в радиолиниях DL/UL.

Супер-тайм-слот (супер временной интервал) должен быть последним слотом (временным интервалом) в кадрах длительностью 10 мс. Когда соотношение тайм-слотов в радиолиниях DL/UL составляет 1:7, то D1 является супер-тайм-слотом. Структуры кадров для различных пропорций распределения тайм-слотов в радиолиниях DL/UL приведены на рисунке 18, где D обозначает тайм-слот/супер-тайм-слот радиолинии DL, U обозначает тайм-слот/супер-тайм-слот радиолинии UL, ЗИ обозначает защитный временной интервал.

ГОСТ Р 58166-2018 Технические требования к радиоинтерфейсу широкополосной подвижной радиосвязи (ШПР). Организация протоколов и алгоритмов работы на канальном и физическом уровнях. Основные параметры и технические требования (с Поправкой)


Рисунок 18 - Распределение тайм-слотов в радиолиниях DL/UL для кадра длительностью 10 мс


В кадрах длительностью 5 мс супер-тайм-слоты не используются. Структура таких кадров при различных пропорциях распределения тайм-слотов радиолиний DL/UL показана на рисунке 19.


Рисунок 19 - Распределение тайм-слотов в радиолиниях DL/UL для кадра длительностью 5 мс

4.9 Подканал


Примечание - Подканал (ПдК) - основная единица, используемая для управления распределением ресурса физического уровня в ШПР.

4.9.1 Структура подканала

В каждом обычном тайм-слоте каждого кадра один подканал (ПдК) заключает в себе массив из 88 частотно-временных ячеек, как приведено на рисунке 20. Одна временная ячейка соответствует OFDM-символу, а одна частотная - одной поднесущей. На рисунке 21 приведена структура супер-тайм-слота в радиолиниях DL/UL. Она состоит из двумерного массива 810 частотно-временных ячеек. Приведенные структуры воспроизводятся с периодом кадра и таким образом организуют ПдК.

Две ГПЧ размером по 1 МГц, находящиеся на краях полосы 5 МГц, содержат по 16 "пустых" поднесущих, составляющих защитные частотные полосы. Поэтому в каждой из "крайних" ГПЧ остаются доступными для использования только по 112 поднесущих. Таким образом, в одном тайм-слоте "крайней" ГПЧ содержится 14 ПдК. А в каждой из трех других ГПЧ, не являющихся "крайними" и имеющих размер 1 МГц, содержится по 128 доступных поднесущих. При этом один тайм-слот в такой полосе частот вмещает 16 ПдК.


Рисунок 20 - Структура подканала (ПдК) в обычном тайм-слоте


ГОСТ Р 58166-2018 Технические требования к радиоинтерфейсу широкополосной подвижной радиосвязи (ШПР). Организация протоколов и алгоритмов работы на канальном и физическом уровнях. Основные параметры и технические требования (с Поправкой)


Рисунок 21 - Структура подканала (ПдК) в супер-тайм-слоте

4.9.2 Отображение подканалов на физические поднесущие

Организация отображения подканалов (ПдК) в радиолиниях DL/UL на поднесущие показана в таблицах 9 и 10 соответственно.

Таблица 9 - Отображение подканалов на поднесущие в радиолинии DL

Номер ГПЧ

Номер подканала (ПдК)
n

Номер поднесущей

Примечание

0

0-4

16+14·m+n, m=0, 1, ..., 7

5

16+14·m+n, m=0, 1, ..., 7

m=3 зарезервировано для DC

6-13

16+14·m+n, m=0, 1, ..., 7

1

14-28

128+16·m+n-14, m=0, 1, ..., 7

29

128+16·m+n-14, m=0, 1, ..., 7

m=3 зарезервировано для DC

2

30-44

256+16·m+n-30, m=0, 1, ..., 7

45

256+16·m+n-30, m=0, 1, ..., 7

m=3 зарезервировано для DC

3

46-60

384+16·m+n-46, m=0, 1, ..., 7

61

384+16·m+n-46, m=0, 1, ..., 7

m=3 зарезервировано для DC

4

62-68

512+14·m+n-62, m=0, 1, ..., 7

69

512+14·m+n-62, m=0, 1, ..., 7

m=4 зарезервировано для DC

70-75

512+14·m+n-62, m=0, 1, ..., 7


Таблица 10 - Отображение подканалов на поднесущие в радиолинии UL

Номер ГПЧ

Номер подканала (ПдК)
n

Номер поднесущей

Примечание

0

0, 2, 4, 6, 8, 10,

16+28·m+4·n/2, m=0, 1, 2, 3

-

12

16+28·m+4·n/2+2, m=0, 1, 2, 3

-

1, 3, 5, 7, 11,

16+28·m+4·n/2+1, m=0, 1, 2, 3

-

13

16+28·m+4·n/2+3, m=0, 1, 2, 3

-

9

16+28·m+4·n/2+1, m=0, 1, 2, 3

-

16+28·m+4·n/2+3, m=0, 1, 2, 3

m=1 зарезервировано для DC

1

14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28

128+32·m+4·(n-14)/2, m=0, 1, 2, 3

-

128+32·m+4·(n-14)/2+2, m=0, 1, 2, 3

-

15, 17, 19, 21, 23, 25, 27

128+32·m+4·(n-14)/2+1, m=0, 1, 2, 3

-

128+32·m+4·(n-14)/2+3, m=0, 1, 2, 3

-

29

128+32·m+4·(n-14)/2+1, m=0, 1, 2, 3

-

128+32·m+4·(n-14)/2+3, m=0, 1, 2, 3

m=1 зарезервировано для DC

2

30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44

256+32·m+4·(n-30)/2, m=0, 1, 2, 3

-

256+32·m+4·(n-30)/2+2, m=0, 1, 2, 3

-

31, 33, 35, 37, 39, 41, 43

256+32·m+4·(n-30)/2+1, m=0, 1, 2, 3

-

256+32·m+4·(n-30)/2+3, m=0, 1, 2, 3

-

45

256+32·m+4·(n-30)/2+1, m=0, 1, 2, 3

-

256+32·m+4·(n-30)/2+3, m=0, 1, 2, 3

m=1 зарезервировано для DC

3

46, 48, 50, 52,

384+32·m+4·(n-46)/2, m=0, 1, 2, 3

-

54, 56, 58, 60

384+32·m+4·(n-46)/2+2, m=0, 1, 2, 3

-

47, 49, 51, 53, 55, 57, 59

384+32·m+4·(n-46)/2+1, m=0, 1, 2, 3

-

384+32·m+4·(n-46)/2+3, m=0, 1, 2, 3

-

61

384+32·m+4·(n-46)/2+1, m=0, 1, 2, 3

-

384+32·m+4·(n-46)/2+3, m=0, 1, 2, 3

m=1 зарезервировано для DC

4

62, 64, 66, 68,

512+28·m+4·(n-62)/2, m=0, 1, 2, 3

-

70, 72, 74

512+28·m+4·(n-62)/2+2, m=0, 1, 2, 3

-

63, 67, 69, 71,

512+28·m+4·(n-62)/2+1, m=0, 1, 2, 3

-

73, 75

512+28·m+4·(n-62)/2+3, m=0, 1, 2, 3

-

65

512+28·m+4·(n-62)/2+1, m=0, 1, 2, 3

-

512+28·m+4·(n-62)/2+3, m=0, 1, 2, 3

m=2 зарезервировано для DC


- операция округления вниз до целого числа.


4.9.3 Размещение подканального окна обзора (ПОО)


В OFDMA-символах 0, 2, 3 в каждом ПдК выбираются в общей сложности три поднесущие. Таким образом формируется ресурс для организации "подканального окна обзора" (ПОО), которое используется для оценки уровня помех, присутствующих в ПдК.

Спектральное расположение трех поднесущих ПОО определяется идентификационным номером ID БС и номером подканала, как показано в соотношениях

(13)


Если поднесущая ПОО и поднесущая центральной частоты (DC) совпадают (накладываются), то местоположение поднесущей ПОО должно быть скорректировано следующим образом:

;



где - 16;

- 3;

- 8;

- 16;

;

m - номер поднесущей ПОО в каждом подканале, ;

k - ID номер БС, ;

- окончательный результат, указывающий на относительное положение на множестве из позиций поднесущих ПОО. При этом т указывает на порядковый номер ПОО (одной из трех, располагающихся позиций OFDMA-символов 0, 2 или 3) в ПдК, n указывает на номер ПдК, k указывает на номер ID БС.

Примечание - В случае расчета положений поднесущих для ПОО "крайних" групп поднесущих (ГПЧ) результат формируется для номеров ПдК n=0, 1, ..., 13, а значения k и m остаются теми же самыми, что и в трех средних группах ГПЧ.


4.9.4 Категории подканалов (ПдК)


Подканалы делятся на два типа: стационарные ПдК и мобильные ПдК.

1 Стационарный ПдК

В стационарном режиме в каждом ПдК для организации пилот-сигнала используется один временной интервал, составляющий один OFDMA-символ, как показано на рисунке 22.

ГОСТ Р 58166-2018 Технические требования к радиоинтерфейсу широкополосной подвижной радиосвязи (ШПР). Организация протоколов и алгоритмов работы на канальном и физическом уровнях. Основные параметры и технические требования (с Поправкой)


Рисунок 22 - Структура стационарного подканала (ПдК) для обычного тайм-слота

Структура стационарного ПдК для супер-тайм-слота приведена на рисунке 23.

ГОСТ Р 58166-2018 Технические требования к радиоинтерфейсу широкополосной подвижной радиосвязи (ШПР). Организация протоколов и алгоритмов работы на канальном и физическом уровнях. Основные параметры и технические требования (с Поправкой)


Рисунок 23 - Структура стационарного подканала (ПдК) для супер-тайм-слота

2 Мобильный ПдК

В мобильном режиме работы каждый ПдК использует для организации пилот-сигнала два временных интервала, каждый из которых составляет OFDMA-символ, как показано на рисунке 24.


Рисунок 24 - Структура мобильного подканала (ПдК) для обычного тайм-слота


Структура мобильного подканала для супер-тайм-слота приведена на рисунке 25.

ГОСТ Р 58166-2018 Технические требования к радиоинтерфейсу широкополосной подвижной радиосвязи (ШПР). Организация протоколов и алгоритмов работы на канальном и физическом уровнях. Основные параметры и технические требования (с Поправкой)


Рисунок 25 - Структура мобильного подканала (ПдК) для супер-тайм-слота

4.10 Физические каналы

4.10.1 Категории физических каналов


В ШПР включено семь физических каналов.

1 Физический вещательный канал (ВК-канал)


БС по физическому ВК-каналу передает в широковещательном режиме информацию о собственных параметрах и настройках на абонентские терминалы (АТ) в тайм-слотах радиолинии DL.

2 Физический канал запроса коррекции задержки (ЗКЗ-канал)


Абонентский терминал посылает сообщения запросов коррекции задержки распространения по ЗКЗ-каналу, который охватывает во временной структуре кадра защитный интервал между окнами трансляции по радиолиниям DL и UL.

3 Физический канал ответа на ЗКЗ-сообщения (ОЗКЗ-канал)


БС посылает сообщение коррекции по задержке (для обеспечения синхронизации) и сообщение коррекции мощности трансляции для абонентского терминала по ОЗКЗ-каналу.

4 Физический канал случайного доступа (для запроса канала связи) (ЗД-канал)


Абонентский терминал (АТ) посылает сообщения запроса доступа во временном интервале радиолинии UL по ЗД-каналу.

5 Физический канал ответа на запрос, поступивший по каналу случайного доступа (ОЗД-канал)


БС в ответ на принятый по ЗД-каналу запрос посылает сообщение о начально назначенном канале связи по ОЗД-каналу. ОЗД-канал для конкретной БС организован на фиксированном тайм-слоте трансляций в радиолинии DL.

6 Физический канал трафика радиолинии UL (U-КПТ)


По физическому U-КПТ абонентское оборудование посылает данные, речевые сообщения и команды управления в тайм-слотах радиолинии UL.

7 Физический канал трафика радиолинии DL (D-КПТ)


БС посылает данные, речевые сообщения и команды управления по D-КПТ в тайм-слотах радиолинии DL.

4.10.2 Отображение физических каналов и тайм-слотов подканалов (ПдК)

ЗКЗ-канал располагается в специально организованном временном интервале, поддерживаемом внутри каждого кадра. Другие физические каналы могут располагаться в других тайм-слотах кадра, как показано на рисунке 26.


Рисунок 26 - Размещение физических каналов на временных интервалах кадра

Отображение вышеперечисленных физических каналов на ПдК, используемый тип модуляции, номинальный коэффициент загрузки (, см. 4.7.2.2) и структура используемого пилот-сигнала для каждого физического канала свои.

Они приведены ниже.

1 Физический вещательный канал (ВК-канал)


Позиции номеров ПдК, на которых организовывается ФВ-канал, конфигурируемы (изменяются в зависимости от ID БС). Но ФВ-канал всегда должен располагаться на двух соседних ПдК, работающих в конфигурации мобильного режима в радиолинии DL. В каждом из указанных двух ПдК используется модуляция QPSK, а номинальный коэффициент загрузки (, см. 4.7.2.2) равен 4.

2 Физический канал ответа на ЗКЗ-сообщения (ОЗКЗ-канал)


ОЗКЗ-канал должен быть организован на базе одного ПдК, работающего в конфигурации мобильного режима, в радиолинии DL. В указанном ПдК должна использоваться QPSK-модуляция, и номинальный коэффициент загрузки (, см. 4.7.2.2) равен 3.

3 Физический канал случайного доступа (для запроса канала связи) (ЗД-канап)


Позиции номеров ПдК, на которых организовывается ЗД-канал, конфигурируемы (изменяются в зависимости от ID БС). Но ЗД-канал всегда должен располагаться на двух соседних ПдК, работающих в конфигурации мобильного режима в радиолинии UL. В каждом из указанных двух ПдК должна использоваться модуляция QPSK, а номинальный коэффициент загрузки (, см. 4.7.2.2) должен быть равен 4.

4 Физический канал ответа на запрос, поступивший по каналу случайного доступа (ОЗД- канал)


Позиции номеров ПдК, на которых организовывается ОЗД-канал, конфигурируемы (изменяются в зависимости от ID БС). Но ОЗД-канал всегда должен располагаться на двух соседних ПдК, работающих в конфигурации мобильного режима в радиолинии DL. В каждом из указанных двух ПдК должна использоваться модуляция QPSK, а номинальный коэффициент загрузки (, см. 4.7.2.2) должен быть равен 4.

5 Физический канал трафика UL/DL (U/D-КПТ)


Физические каналы трафика (U/D-КПТ) могут быть организованы на любых ПдК, не занятых под В-канал, ОЗКЗ-канал и ОЗД-канал. При этом в указанных ПдК может использоваться любой из видов модуляции: QPSK; 8PSK; 16QAM; 64QAM. Номинальный коэффициент загрузки (, см. 4.7.2.2) может быть равен любому значению из множества от 1 до 8.

4.11 Мультиплексирование и порядок размещения данных


Порядок размещения данных реализован как двухуровневая процедура. Первый уровень (более высокий) - процедура размещения данных на разные ПдК и второй уровень (более низкий) - процедура размещения данных внутри ПдК приведены на рисунке 27. На этом рисунке данные, размещаемые на ресурсные элементы, представляют собой спектральные компоненты сигнала, который должен быть передан на частотах ШПР, формирование которых описано в 4.7.3.

Первый шаг. Выбор множества ПдК для выделения ресурса подканалов для передачи данных:

1) расчет числа тайм-слотов и ПдК, чтобы обеспечить ресурс, затребованный более высоким уровнем;

2) упорядочение выделенных тайм-слотов и ПдК в каждом кадре согласно возрастанию номеров;

3) упорядочение ресурсов каждого ПдК для передачи данных согласно сформированному в 1) и 2) порядку следования.

Второй шаг. Размещение данных внутри отдельных ПдК, т.е. распределение ресурсов поднесущих для передачи данных. При этом временные окна OFDMA-символов, предназначенных для данных, и временные окна OFDMA-символов, предназначенных для передачи пилот-сигналов, используются по-разному:

1) передаваемые данные прежде всего размещаются по спектральным компонентам (поднесущим), и по мере заполнения частотного ресурса в случае необходимости осуществляется переход к размещению в новой временной позиции, соответствующей очередному OFDMA-символу в текущем ПдК;

2) производится считывание очередного символа данных, сформированного для передачи в спектральной компоненте (на поднесущей) OFDMA-сигнала, как описано в 4.7.3.2. Если текущая поднесущая OFDMA-сигнала предназначена для передачи данных, то размещение символа осуществляется. Если текущая поднесущая предназначена для окна ПОО или является центральной несущей DC, то символ данных отображается на следующую по порядку следования поднесущую;

3) производится считывание символов пилот-сигнала, сформированного для передачи на спектральных компонентах (поднесущих) OFDMA-сигнала, как описано в 4.7.3.3. Если текущая поднесущая сигнала OFDMA предназначена для передачи пилот-сигнала, то размещение символа пилот-сигнала осуществляется. Если центральная поднесущая DC находится в текущем ПдК, то амплитуда DC поднесущей, находящейся в позиции временного окна OFDMA-символа пилот-сигнала, после размещения символов пилот-сигнала устанавливается равной 0.

ГОСТ Р 58166-2018 Технические требования к радиоинтерфейсу широкополосной подвижной радиосвязи (ШПР). Организация протоколов и алгоритмов работы на канальном и физическом уровнях. Основные параметры и технические требования (с Поправкой)


Рисунок 27 - Порядок размещения данных

4.12 Контроль качества радиоканала

4.12.1 Уровень помех в группах поднесущих частот (ГПЧ)


Контроль за уровнем помех в диапазоне частот, составляющем группу поднесущих (ГПЧ), осуществляется в каждом частотно-временном ресурсном блоке. Размер частотно-временного ресурсного блока меньше или равен значению, получаемому как произведение длительности одного тайм-слота на частотный диапазон одной ГПЧ (т.к. не весь спектральный ресурс в пределах ГПЧ может активно использоваться в текущий момент).

4.12.2 Отношение сигнала к уровню помех плюс шум (ОСПШ)


ОСПШ измеряется на основе демодуляции точек созвездий символов, принятых в пределах частотно-временного ресурсного блока.

4.12.3 Показатель коэффициента загрузки, используемый на физическом уровне


Коэффициент загрузки - это число символов модуляции (QPSK, или PSK, или QAM), которые можно послать на интервале одного OFDMA-символа в одном ПдК. Его значение определяется по наблюдаемому качеству канала. Значение коэффициента загрузки, используемое в абонентской линии в текущий момент времени, одинаковое для всех ПдК, выделенных соответствующему абонентскому терминалу.

4.12.4 Индикация мобильности

Индикатор мобильности указывает на то, какая сигнальная структура используется в ПдК, предоставленной для абонентского терминала (АТ). Структура прописывается для стационарного режима или для мобильного режима. Этот индикатор определяется вне зависимости от того, находится ли АТ в активном или пассивном состояниях. Этот индикатор в каждый текущий момент одинаков для всех ПдК, предоставленных АТ.

5 Уровень звена передачи данных (канальный уровень)

5.1 Функции канального уровня


Основные функции уровня звена передачи данных (ЗПД) состоят в организации установления, поддержке работы и организации разъединения линий обмена данными для обеспечения надежной и достоверной передачи.

5.2 Эталонная модель


Эталонная архитектура протоколов широкополосной системы беспроводного доступа ШПР приведена на рисунке 28. В этом стандарте описываются только форматы данных, команды и схемы управления. Вопросы технического обслуживания и администрирования в данный стандарт не входят.

ЗПД (канальный) уровень разделяется на четыре подуровня: подуровень формирования трафика (ПФТ-подуровень), подуровень обмена данными (ОДп-подуровень - обмен пакетами данных), подуровень речевого обмена (ОРп-подуровень - обмен речевыми пакетами) и подуровень управления средой обмена (МАС-подуровень - Media Access Control).

ГОСТ Р 58166-2018 Технические требования к радиоинтерфейсу широкополосной подвижной радиосвязи (ШПР). Организация протоколов и алгоритмов работы на канальном и физическом уровнях. Основные параметры и технические требования (с Поправкой)


Рисунок 28 - Эталонная архитектура протоколов

5.3 Интерфейс связи ЗПД


Интерфейс радиосвязи ЗПД в ШПР обеспечивает обмен информационными сообщениями между одноранговыми (равными) уровнями (ЗПД(БС)ЗПД(АТ)), в то время как служебные сообщения (примитивы) ЗПД используются для связи друг с другом промежуточных подуровней, организующих физическую среду радиообмена.

В общей форме справедливо утверждение, что служебное сообщение (примитив) используется для передачи управляющей информации между уровнями.

Примитивы (служебные сообщения) делятся на четыре типа: запросы, подтверждения, индикации и ответы.

5.4 Индикация адреса и линии связи


32-битовый UID используется в радиоинтерфейсе, чтобы однозначно идентифицировать абонентский терминал (AT). UID в основном используется в процедуре случайного доступа при запросе соединений.

Каждое соединение для передачи речевых сообщений имеет 5-битовый СID (СID-индикатор соединения), который применяется для того, чтобы различать речевые соединения, участвующие в сессии речевой связи.

В сессиях, объединяющих трафиковые потоки данных с различными показателями QoS (QoS - параметр качества обслуживания), используется 3-битовый идентификатор SFID. SFID, равный 0, используется для управляющих сообщений высшего приоритета; значения SFID в пределах 2-3 используются для управления приоритетом конкретного потока данных (2 - обозначает высший приоритет, 3 - низший приоритет); остальные значения 1,4-7 - зарезервированы.

5.5 Подуровень управления доступом к среде (МАС-подуровень)

5.5.1 Функционал


Функции, поддерживаемые МАС-подуровнем, включают:

- передачу системной информации в вещательном режиме;

- передачу вызывных сообщений;

- передачу запросов доступа для организации каналов связи;

- управление мощностью;

- синхронизацию абонентских терминалов;

- мультиплексирование/демультиплексирование данных на физическом уровне;

- сегментирование на кадры и сборку из кадров физического уровня потоков данных;

- сбор и хранение данных о характеристиках работы на физическом уровне для абонентских терминалов.

5.5.2 Логический канал

5.5.2.1 Краткое введение

Логический канал между МАС-подуровнем и физическим уровнем используется для того, чтобы осуществлять контроль за передачей данных по эфиру. Для этого используются различные форматы пакетов данных (ПД) MAC.

Ниже приведены типы логических каналов, поддерживаемые в радиолиниях UL и DL.

5.5.2.2 Логические каналы радиолиний DL

5.5.2.2.1 Вещательный канал (ВК):

- занимает два подканала (ПдК) и передает в них 96 бит полезной информации;

- используется для передачи системной информации в широковещательном режиме и передачи вызовов;

- работает в режиме всенаправленной трансляции по азимутальным направлениям, чтобы гарантировать возможность приема на всей территории соты;

- может быть сконфигурирован в любой группе поднесущих (ГПЧ) и в любом тайм-слоте радиолинии DL;

- в выделенной ГПЧ и выделенном тайм-слоте DL номера двух ПдК, занимаемых ВК, определяются номером ID БС и рассчитываются так: ПдК1=((ID БС)·2) mod 14 и ПдК2=((ID БС)·2+1) mod 14.

5.5.2.2.2 Канал ответа на запросы коррекции задержки (ОЗКЗ-канал):

- занимает один ПдК и содержит 36 бит полезной информации;

- когда абонентский терминал (АТ) посылает "Запрос коррекции задержки (ЗКЗ)", БС в ответе, посылаемом по ОЗКЗ-каналу, в соответствующих полях сообщает, как нужно скорректировать параметр задержки (упреждения) и уровень трансляции, чтобы обеспечить синхронизацию по времени и обеспечить эталонный уровень сигнала в радиолинии UL, поддерживаемой АТ;

- ОЗКЗ организован как направленный (на абонента) канал;

- в каждой группе поднесущих (ГПЧ) может быть несколько ОЗКЗ-каналов. Их число определяется количеством АТ, одновременно пославших сигналы ЗКЗ;

- в ГПЧ, в тайм-слотах радиолиний DL, ОЗКЗ-канал организуется на ПдК с номером, рассчитываемым следующим образом: ПдК=((ID БС)·2+2) mod 14. Номер тайм-слота, используемого для организации ОЗКЗ-канала, передается в ВК-канале в "Блоке системной информации-2".

5.5.2.2.3 Канал ответа на запрос доступа (ОЗД-канал):

- занимает два ПдК и содержит 96 бит полезной информации;

- предназначен для ответа на запросы доступа и располагается в тех же логических позициях радиолинии DL, что и соответствующий запрос доступа в радиолинии UL;

- ОЗД-канал организован как направленный (на абонента) канал;

- в каждой группе поднесущих (ГПЧ) может поддерживаться несколько ОЗД-каналов, число которых связано с количеством АТ, одновременно пославших запрос доступа;

- в ГПЧ, в тайм-слотах радиолиний DL, ОЗД-канал организуется на двух ПдК, номера которых определяются следующим образом: ПдК1=((ID БС)·2+4) mod 14 и ПдК2=((ID БС)·2+5) mod 14. Номер тайм-слота, используемого для организации ОЗД-канала, передается в ВК-канале в "Блоке системной информации-2".

5.5.2.2.4 Канал передачи трафика (КПТ):

- занимает число ПдК, соответствующее суммарному объему выделенных данному каналу ресурсов;

- в канале могут использоваться различные (из перечня поддерживаемых сетью) виды модуляции и кодирования;

- канал используется для передачи управляющих сообщений, речевых пакетов и данных;

- КПТ организован как направленный (на абонента) канал.

5.5.2.3 Логические каналы радиолинии UL

5.5.2.3.1 Канал запроса доступа (ЗД-канал):

- занимает два подканала (ПдК) содержит 96 бит полезной информации;

- организован как канал случайного доступа в радиолинии UL;

- в каждой ГПЧ может быть несколько ЗД-каналов, число которых связано с количеством АТ, одновременно формирующих запрос доступа;

- В ГПЧ, в тайм-слотах радиолиний UL, номера двух ПдК, выделенных для организации ЗД-канала, определяются следующим образом: ПдК1=((ID БС)·2+4) mod 14 и ПдК2=((ID БС)·2+5) mod 14. Номер тайм-слота, используемого для организации ЗД-канала, передается в ВК-канале в "Блоке системной информации-2".

5.5.2.3.2 Канал передачи трафика (КПТ-канал):

- занимает число ПдК, соответствующее суммарному объему выделенных данному каналу ресурсов;

- в канале могут использоваться различные (из перечня поддерживаемых сетью) виды модуляции и кодирования;

- канал используется для передачи управляющих сообщений, речевых пакетов и данных;

- КПТ организован как направленный (на абонента) канал (БС формирует луч диаграммы направленности в направлении на абонента для организации приема).

5.5.3 Отображение логических каналов на физические каналы

Логические каналы отображаются на физические каналы так, как показано на рисунке 29.


Рисунок 29 - Отображение логических каналов на физические каналы


Один физический канал ЗКЗ связан только с физическим процессом, т.е. у него нет соответствующего логического канала. Кроме того, логический канал КПТ в радиолиниях UL и DL соответственно отображается на различные физические каналы: ФКПТ-радиолиний DL и ФКПТ-радиолиний UL.

5.5.4 Организация обмена между уровнями

5.5.4.1 Краткое введение

МАС-подуровень взаимодействует с другими подуровнями посредством примитивов (служебных межподуровневых сообщений). Таким же образом осуществляется обмен данными и обмен управляющей информацией. В данном разделе даны только типы и поля примитивов, необходимые для работы, но без указания способов и ограничений их применения.

МАС-подуровень осуществляет взаимодействие (обмен) с верхними уровнями (ОДп-подуровнем, ОРп-подуровнем) и с физическим уровнем. Ниже описываются примитивы, используемые для связи подуровня MAC с каждым из указанных уровней.

5.5.4.2 Список примитивов (служебных сообщений), применяемых между МАС-подуровнем и верхним уровнем

5.5.4.2.1 Индикация установки синхронизации от МАС-подуровня

МАС-подуровень АТ использует этот примитив, чтобы сообщить (провести индикацию) на верхний уровень о факте установки синхронизации с некоторой БС. Формат примитива приведен в таблице 11.

Таблица 11 - Формат примитива "Индикация установки синхронизации от МАС-подуровня"

Поле

Описание

BTS_INFO_IE

Информация о БС (с которой установлена синхронизация)

Network_ID

ID сети БС (с которой установлена синхронизация)

Current_Sync_Center_Frequency

Информация о центральной частоте

BTS_Reset_Count

Счетчик рестартов БС (с которой установлена синхронизация)

5.5.4.2.2 Запрос хэндовера к МАС-подуровню

Верхний уровень абонентского терминала (АТ) передает этот запрос, чтобы МАС-подуровень АТ выполнил процедуру "Хэндовер". Формат примитива приведен в таблице 12.

Таблица 12 - Формат примитива "Запрос хэндовера к МАС-подуровню"

Поле

Описание

Туре

- Установка соединения на МАС-подуровне с "целевой БС" (на которую выполняется НО)

- Разрыв соединения на МАС-подуровне с исходной БС (от которой осуществляется НО)

Target_Freq

Информация о несущей частоте целевой БС (на которую производится НО)

BTS_INFO_IE

Информация об исходной БС (с которой осуществляется НО)

5.5.4.2.3 Подтверждение хэндовера от МАС-подуровня

Когда MAC АТ заканчивает доступ к целевой БС (на которую производится НО), информация о результатах отправляется с МАС-подуровня на верхний уровень АТ. Формат примитива приведен в таблице 13.

Таблица 13 - Формат примитива "Подтверждение хэндовера от МАС-подуровня"