Верхний охватывает уровни, непосредственно не связанные с предоставлением доступа (non-access stratum). Нижний обеспечивает обслуживание всех элементов системы, связанных с организацией радиосвязи и обеспечением доступа (access stratum).

Архитектура систем CDMA является открытой и имеет три уровня: физический (L1), канальный (L2) и сетевой (L3). Канальный уровень подразделяется на 2 подуровня: L2/LAC (управление доступом к каналу) и L2/MAC (управление доступом к среде). На сетевом уровне (L3) и подуровне L2/LAC используется совокупность протоколов, охватывающая области управления (С-plane) и абонентскую (U-plane).

Использование трехуровневой модели (см. рисунок) вместо общепринятой семиуровневой позволяет не только упростить описание взаимосвязей между объектами разных уровней, но и более эффективно использовать модульный принцип при проектировании радиосистем. Рассмотрим обобщенную архитектуру и канальную структуру радиоинтерфейса CDMA с учетом новых предложений для проектов стандартов cdma2000 (TIA TR 45.5, США), UTRA (ETSI, Европа) и W-CDMA (ARIB, Япония).

Обобщенная архитектура радиоинтерфейса

Иерархическая трехуровневая структура ориентирована на предоставление различных видов услуг, включая передачу речи, данных и мультимедиа. Для их реализации на канальном уровне создается множество логических каналов, функционирующих с различными показателями качества сервиса (QoS), при этом физический канал может адаптивно подстраиваться под требуемые режимы обслуживания. Процедуры согласования категории услуг функционально эквивалентны тем, которые применяются в сетях B-ISDN (Q.2931).

Взаимосвязь между соседними уровнями или подуровнями осуществляется через соответствующие точки доступа (на рисунке в виде овалов) к услугам SAP (Service Access Point). Каждый уровень имеет четко определенный интерфейс, что позволяет реализовать на нем любой протокол вне зависимости от остальных уровней.

В пакетном режиме радиосистема может одновременно обслуживать большое число абонентов, но при пакетной передаче трафик имеет прерывистый характер и мобильная станция в течение довольно длительных периодов пребывает в малоактивном или пассивном состоянии. Поэтому для снижения энергопотребления станция передает пакеты в режиме «запрос—ответ». Эффективность режима пакетной передачи обеспечивается с помощью специальных протоколов MAC-уровня.

Коммутируемые потоки являются частным случаем пакетной передачи: выделенные каналы для трафика и сигнализации предоставляются во время всего сеанса связи. Соответственно, при передаче таких потоков пропускная способность системы используется менее эффективно, чем при передаче пакетов.

Сетевой уровень (L3) разделен в С-плоскости на несколько подуровней, самый нижний из которых отвечает за управление радиоресурсами и обозначается как RRC (Radio Resource Control). Подуровень RRC напрямую связан с LAC-подуровнем и выполняет все сетевые процедуры, связанные с обработкой управляющей информации, которая циркулирует между мобильными абонентами и инфраструктурой сети. В число основных функций сетевого протокола, носящего то же имя, что и подуровень (RRC), входят установление, переконфигурирование и разъединение соединений в каналах сигнализации и радиодоступа, а также процедуры, связанные с перемещением мобильных станций, в том числе режимы управления мобильностью — Mobility Management (ММ) и вызовами — Call Control (СС).

Главная задача сетевого уровня — формирование потоков данных от конечного пользователя, а также служебных сообщений и сигнализации. Процедуры данного уровня обеспечивают два режима управления: общий и выделенный.

В первом из них выполняется обработка широковещательной информации в определенной географической зоне, не связанной с предоставлением доступа к конкретной станции. При этом не применяется защита от помех, т.е. передача ведется без подтверждения приема, а повышение вероятности доставки достигается за счет многократной транспортировки сообщения.

В выделенном режиме управления реализуются функции установления и разрыва соединения, а также обработка сообщений, передаваемых по этим соединениям. При его использовании необходимы более надежные (чем в общем режиме) линии связи, гарантирующие, что сообщения типа СС и ММ будут переданы в пункт назначения с заданной достоверностью и без потерь, например, в процессе переключения мобильных станций.

Наряду с вышеперечисленными функциями сигнализации и управления доступом протокол RRC обеспечивает управление мощностью с помощью внешней схемы регулирования.

Канальный (MAC) уровень, состоящий из L2/LAC- и L2/ MAC-подуровней, является транспортной средой между верхними и физическим уровнями. Он предоставляет механизмы управления сетевыми ресурсами и поддержку протоколов с учетом различных требований к достоверности, качеству обслуживания и времени ожидания. На первом подуровне, L2/LAC, формируются прямые логические каналы (типа «точка—точка») с равноправными объектами сетевого уровня. Второй подуровень, L2/MAC, обеспечивает управление доступом к радиоканалам и координацию радиоресурсов между различными логическим каналами LAC-подуровня, что позволяет свести к минимуму конфликты обслуживаемых объектов (мобильных станций). Наконец, этот подуровень отвечает за доставку показателей качества обслуживания, которые используются на подуровне L2/LAC.

В число основных задач, решаемых на MAC-подуровне, входят и все рабочие процедуры, связанные с доступом к физическому уровню: это уплотнение и разуплотнение потоков данных, объединение служебных сообщений с информационными потоками и др. Кроме того, на данном подуровне обеспечивается выбор формата передачи для каждого транспортного канала в зависимости от скорости и ограничений по радиоресурсам. В процессе отображения данных на транспортный уровень и выбора транспортных форматов MAC-подуровень может присваивать сообщениям различные категории срочности. Выбор «общего» приоритета зависит от вида обслуживания, допустимого времени задержек и др.

Осуществлять логическое управление на канальном уровне позволяют гибкие процедуры, которые удовлетворяют требования различных видов обслуживаемых объектов и работают со стеком протоколов, обеспечивая согласование качества услуг, необходимое для каждого подуровня. Управление доступом к радиоканалам включает в себя выбор транспортного канала, разрешение конфликтов в канале произвольного доступа, формирование суперкадра путем объединения нескольких кадров и другие функции.

Администрирование радиоресурсов выполняется с помощью группы функций, состав которых определяется индивидуально для каждой мобильной или базовой станции. В их число входят, в частности, измерение вероятности ошибок на бит (BER), блок (BLER) и кадр (FER).

На MAC-подуровне могут быть реализованы три режима передачи, которые основаны на применении протокола управления радиоканалом RLCP (Radio Link Control Protocol), позволяющего мобильной станции взаимодействовать с сетью в указанных режимах:

  • достоверный — в нем используются специальные протоколы с защитой от ошибок (ARQ и др.), гарантирующие надежную доставку сообщений;
  • недостоверный — успешность доставки по большей части зависит от характеристик радиоканала и в меньшей мере — от сетевых процедур;
  • прозрачный — RLCP пропускает поток данных без обработки и добавления служебных символов.

При транспортировке мультимедийной информации, которая определена в стандарте CDMA-2000 как системная услуга, будут применяться модифицированные канальные протоколы радиообмена, сходные с ARQ, которые позволяют обеспечить высокую степень достоверности. При передаче высокоскоростных потоков данных (модель обслуживания аналогична B-ISDN ) высокая достоверность (вероятность ошибок на кадр составляет 1—3% FER) достигается за счет использования методов помехоустойчивого кодирования, а также ARQ-алгоритмов, снижающих вероятность ошибок на бит (BER) до величины 10-6. При сочетании этих методов вероятность ошибки становится еще меньше (10-3—10-4 FER), однако общая задержка при обслуживании увеличивается.

Самый нижний уровень стека протоколов — физический. На нем реализуются все функции, связанные с непосредственным доступом к радиоканалу, обработкой символов модулирующих и демодулирующих последовательностей, с синхронизацией, передачей символов пилот-сигнала, а также управлением мощностью передатчика и переключением режимов приема/передачи.