Metode de împărțire a codurilor a canalelor. Timp de frecvență și diviziunea de cod a semnalelor

Sisteme de transmisie cu împărțire în timp a canalelor.

Construcția sistemelor de transmisie cu împărțire în timp a canalelor (TSD). Teorema lui Kotelnikov. Tipuri de modulație a impulsurilor. Analiza comparativă a tipurilor de modulație a impulsurilor și domeniul de aplicare a acestora.

Ideea diviziunii în timp a canalelor este aceea că elementele semnalului primar aparținând canalului i sunt transmise în intervale de timp care nu se suprapun, fără semnalele altor canale, pe o linie comună.

Majoritatea semnalelor primare sunt analogice (continue), iar ideea TRC determină necesitatea unei operațiuni de eșantionare.

Această operație este efectuată în conformitate cu teorema Kotelnikov. Se formulează astfel: orice semnal continuu în timp cu un spectru limitat de frecvență poate fi reprezentat printr-o succesiune a eșantioanelor sale (valori instantanee) luate pe un interval de timp:

T D = 1/F D , F D ≥ 2F B .

Fiecare semnal are propriul interval de timp.

Operația de eșantionare se efectuează folosind chei electronice de canal

Orez. 8.1. Schema structurală a unui sistem de transmisie cu divizare în timp

Interval de timp dintre cele mai apropiate impulsuri ale semnalului de grup T K se numește interval de timp sau interval de timp (Time Slot). Din principiul combinării temporale a semnalelor rezultă că transmisia în astfel de sisteme se realizează în cicluri, adică periodic sub formă de grupuri de N gr = N + n impulsuri, unde N– numărul de semnale informaționale, n– numărul de semnale de serviciu (impulsuri de sincronizare - IS, interfon, control și apeluri). Apoi valoarea intervalului de canal:

Δt K = T D /N gr .

Fig.8.2. La o explicație a metodei de împărțire în timp a canalelor.

Cu împărțirea în timp a canalelor, sunt posibile următoarele tipuri de modulație:

1.AIM - modulație amplitudine-puls;

2.PWM - modularea lățimii impulsului;

3.PIM - modulare impuls-fază;

4.PFM - modulație frecvență-impuls.

Cu AIM, secvența periodică a impulsurilor se modifică în funcție de modificarea semnalului de modulare.Distingeți (AIM -1) modulația de amplitudine-puls de primul fel (cu aceasta, vârfurile impulsurilor se schimbă în funcție de semnalul de modulare) Cu modularea de amplitudine (AIM -2) de al doilea fel, partea superioară a impulsurilor este plată și este egală cu amplitudinea pulsului în momentul eșantionării. Când raportul pulsului este mai mare de zece, diferențele dintre AIM-1 și AIM-2 dispar. Modulația AIM este ușor de implementat, dar are imunitate scăzută la zgomot, deoarece orice interferență modifică amplitudinea pulsului și distorsionează forma semnalului restaurat.AIM este de obicei folosit ca tip intermediar de modulație atunci când se convertește un semnal analog în digital.

Cu PWM, spectrul semnalului se modifică în funcție de durata semnalului.Nivelul minim al semnalului corespunde duratei minime a impulsului și, în consecință, spectrului maxim de semnal.

În acest caz, amplitudinea impulsurilor rămâne neschimbată. Cu PWM unidirecțional (OSWM), modificarea duratei are loc numai prin deplasare

unul din fața din spate sau din față. Cu PWM bidirecțional, modificarea duratei are loc în raport cu punctul de ceas. Metodă de transmisie mai rezistentă la zgomot în comparație cu AIM. Pentru a scăpa de distorsiunea de amplitudine, se folosește un limitator de amplitudine. PWM este utilizat în IMM-urile de comunicații radio de impuls, precum și în unele sisteme de telemetrie radio, sisteme de telecontrol și telemecanică.

PPM este un tip de modulare a impulsului temporal.

Există mai multe tipuri de FIM

PIM de primul fel Cu el, deplasarea în timp a impulsurilor este proporțională cu valoarea semnalului modulator în momentul apariției pulsului. Modulație de impuls FIM-2 în care deplasarea în timp este proporțională cu valoarea semnalului de modulare la punctele de ceas. De obicei, se utilizează PIM-2. Cu valori negative ale semnalului de modulare, impulsurile sunt deplasate la stânga și cu valori pozitive la dreapta.

În echipamentele cu TRC și metode de modulație analogică, FIM a primit cea mai mare utilizare, deoarece atunci când este utilizat, este posibil să se reducă efectul de interferență al zgomotului aditiv și al interferenței prin limitarea impulsurilor în amplitudine pe ambele părți, precum și pentru a se potrivi optim. durata constantă a impulsului cu lățimea de bandă a canalului. În sistemele de transmisie cu VRC este utilizat în principal FIM.

Cu PFM, rata de repetiție a pulsului se modifică în funcție de amplitudinea semnalului modulator.

Întrebări pentru autocontrol.

1. Cum sună teorema Kotelnikov?

2. De ce este aplicabilă teorema Kotelnikov numai semnalelor continue cu un spectru limitat?

3. Ce este AIM-1 și AIM-2, care este diferența lor?

4. PWM - modulație, modalități de implementare a avantajelor și dezavantajelor?

5. FIM - modulație, modalități de implementare a avantajelor și dezavantajelor?

6. Numirea filtrelor trece-jos pornite la intrarea modulatoarelor de amplitudine-impuls de canal.

7. Numirea filtrelor low-pass activate la ieșirea selectoarelor de canale.

8. Necesitatea funcționării sincrone a modulatoarelor de amplitudine-impuls și a selectoarelor de canal.

Cursul 6 Metode de împărțire a codurilor

(multiplexare și acces multiplu); P principiu și caracteristica principală CDMA ; spectru de răspândire directă; m multicanal spectru răspândit; saltul de spectru; saltul de spectru; Pordinea de trecere a datelor vocale în stația mobilă până când acestea sunt transmise în emisie; uh evoluția sistemelor de comunicații celulare folosind tehnologia CDMA.

6.1 Clasificarea sistemelor de transport folosind o singură resursă

Orice semnal ocupă o anumită bandă de frecvență, există de ceva timp, are energie limitată și se propagă într-o anumită regiune a spațiului. În conformitate cu aceasta, se disting patru tipuri de resurse de canal: frecvență, temporală, energetică și spațială.

Problema utilizării eficiente a resursei canalului comun a devenit mai acută din cauza necesității de a asigura comunicarea în condiții de solicitări inegale și imprevizibile ale consumatorilor în timp. La hotărâre acest problemele aplică multiplexarea și metodele de acces multiplu. Conceptele de „multiplexare” și „acces multiplu” sunt similare prin aceea că implică distribuirea unei resurse între utilizatori. În același timp, există diferențe semnificative între ele. La multiplexarearesursa canalului de comunicare este distribuită prinechipamente terminale generale, formând semnal de grup S Σ (t ). La acces multiplu, S Σ (t ) format ca urmareînsumarea semnaluluiutilizatorii directîn canal (Figura 6.1 ). In aceasta pozaIS este sursa mesajului, TX este transmițătorul, RRP este receptorul, PS este destinatarul mesajului). Accesul multiplu este tipic pentru canalele prin satelit, canalele radio, canalele de comunicații mobile.

Figura 6.1 – Sistem de transmisie cu acces multiplu

M multiplexarea se bazează pe hardware comun, dar accesul multiplu (MA) folosește anumite proceduri (protocoale) implementate folosind software stocat în memoria fiecărui terminal. Pe poza unke 6. 2 prezintă metode de multiplexare.

În majoritatea cazurilor pentrumultiplexareacanal, unei surse de mesaj i se alocă un semnal special numit semnal de canal. Semnalele de canal modulate de mesaje sunt combinate pentru a forma un semnal de grup. S gr (t) . Dacă operația de unire este liniară, atunci S gr (t) \u003d S Σ (t) . va fi un semnal de grup liniar. Este de obicei format prin însumarea liniară a semnalelor de canal modulate.

Orez unok 6. 2 - Metode de multiplexare

În sistemele așa-numitei compactări combinaționale, un semnal de grup este format prin intermediul unei anumite procesări logice (neliniare), în urma căreia fiecare element al semnalului generat afișează informații (combinație de simboluri) de la toate IC-urile . Un exemplu clasic de astfel de sistem este sistemul de telegrafie cu frecvență dublă. Patru frecvențe sunt folosite pentru a transmite patru combinații de simboluri pe două canale: f 1 - 00, f 2 - 01, f 3 - 10, f 4 - 11.

Divizor de grup de linii S Σ (t) este un set de circuite selective liniare, fiecare dintre acestea selectând doar propriul semnal de canal și, în mod ideal, nu reacționează deloc la alte semnale de canal. Pentru a implementa o astfel de separare ideală, este necesar și suficient ca semnalele de canal modulate să formeze un ansamblu de semnale liniar independente. Ansamblurile de semnale ortogonale sunt de obicei folosite ca astfel de semnale.

În clasa de multiplexare liniară, în funcție de tipul trăsăturii distinctive a semnalului de canal, diviziunea în timp a canalelor (TDM), diviziunea de frecvență (FDM) și diviziunea canalelor sub formă de semnale, numită diviziunea de cod a canalelor (CDC). ), se disting. În locul termenului „separare”, este folosit și termenul „sigiliu”. Cu FDM, banda de frecvență a canalului comunΔf împărțit în mai multe benzi mai îngusteΔfi , fiecare dintre acestea formând un canal IS. Cu VRK, întreaga trupăΔf este asigurat alternativ la anumite intervale de timp diverselor surse de transmitere a mesajelor. Cu QKD, nu există o împărțire a canalului comun între IS-uri, nici în frecvență, nici în timp. Semnalele de canal ale diferitelor circuite integrate, suprapuse în timp și frecvență, rămân ortogonale datorită diferenței de formă, care asigură separarea lor.

Sunt posibile combinații ale acestor metode. Deci, în comunicarea mobilă ca metodăacces multiplucombinații utilizate pe scară largă de FDC și CRC, CRC și CRC. În prima combinație, fiecare canal de frecvență este furnizat mai multor utilizatori pentru anumite perioade de timp. Cu a doua combinație în banda de frecvențăΔf formează canale cu împărțire în timp, care sunt furnizate mai multor utilizatori pe principiile QKD.

Atunci când se organizează transmisia de informații multicanal, semnalele de canal pot fi distribuite într-un mod prestabilit între sursele de mesaje. O astfel de etanșare se numește etanșare cu canal fix. Sistemul de transmisie multicanal corespunzător va fi numit și sistem cucanalele alocate. De asemenea, este posibil să se organizeze transmisia de informații multicanal atunci când semnalele de canal nu sunt distribuite în prealabil între surse, ci sunt alocate fiecărei surse după cum este necesar. Un astfel de sigiliu se numește sigiliu cucanale libere. Evident, pentru separarea corectă a canalelor în sistemele cu canale nededicate, este necesar să se transmită cumva informații de adresă către partea de recepție.

Concepte de bază și definiții introduse pentru multicanal sistemele sunt aplicabile și sistemeloracces multiplu(MD) . Până în prezent, au fost studiate și propuse un număr mare de diferite metode MD. Ele diferă prin modul în care este alocată resursa canalului partajat (fixă sau dinamică), prin natura proceselor decizionale (centralizate sau distribuite) și prin gradul în care modul de acces este adaptat la condițiile în schimbare.

Accesul multiplu este tipic pentru canalele prin satelit (în acest caz, se folosește termenul „acces multiplu”), canalele radio (comunicații radio de pachete), canalele de comunicații mobile, precum și pentru liniile telefonice multipunct, rețelele locale.

Toate metodele DM existente pot fi grupate și metoda de gestionare a distribuției resursei canalului comun poate fi aleasă ca bază de clasificare (Fig. Unok 6. 3).

Orez unok 6. 3 - Metode de acces multiple

Protocoale de acces aleatoriu.Cu DM aleatoriu, întreaga resursă a canalului de comunicație este reprezentată ca un canal, accesul la care are loc aleatoriu, în urma căruia este posibilă o coliziune a pachetelor de informații transmise. Corespondenții sunt invitați să efectueze o anumită secvență de acțiuni pentru a rezolva conflictul. Fiecare utilizator poate trimite opțional date către canal fără a negocia în mod explicit cu alți utilizatori. Prezența feedback-ului permite corespondenților care interacționează să controleze trecerea informațiilor transmise.

Există două opțiuni pentru implementarea unei strategii de acces aleatoriu: fără senzor de transport și cu detecție de purtător.

acces aleatoriunicio detecție a purtătoruluiconstă în faptul că dacă este necesară transmiterea datelor, terminalul utilizatorului începe imediat să transmită pachete. Deoarece pachetele nu sunt sincronizate între ele, ele se pot suprapune, ceea ce provoacă interferențe reciproce. Când are loc o astfel de coliziune, confirmată de un semnal de feedback, terminalele retransmit pachetele corupte. Pentru a evita repetarea coliziunilor, intervalele de timp înainte de începerea retransmisiei la fiecare terminal sunt alese aleatoriu.

acces aleatoriucu simț purtătorpresupune capacitatea de a controla transmiterea de informaţii de către alţi corespondenţi. În absența transmiterii datelor, sunt disponibile intervale de timp neocupate pentru transmiterea informațiilor lor. În cazul unei coliziuni, utilizatorii întârzie transmiterea pachetelor cu un interval de timpΔt . În prezent există două tipuri de protocol:persistentă și instabilă. Diferența constă în faptul că, în primul caz, utilizatorii de obiecte în mișcare, detectând coliziuni, încep transmisia imediat, iar în al doilea caz, după un anumit interval de timp.

S-au remediat protocoalele de fixare a resurselorcanalele oferă o distribuție statică a resursei canalului între utilizatori. Cei mai tipici reprezentanți ai acestui tip de protocoale sunt accesul multiplu prin diviziune în frecvență (FDMA), accesul multiplu prin diviziune în timp (TDMA), accesul multiplu prin diviziune în cod (CDMA).

Fixarea resurselor de legătură fixă ​​nu poate satisface cerințele în schimbare dinamică ale utilizatorilor rețelei, de exemplu. are un control strict.

Metode alocarea resurselor la cererevă permit să scăpați de deficiențele inerente metodelor de mai sus, dar necesită informații detaliate și clare despre cerințele utilizatorilor rețelei. Pe baza naturii proceselor de luare a deciziilor, metodele de alocare a resurselor la cerere sunt împărțite încentralizat si distribuite.

Centralizatmetodele de alocare a resurselor la cerere sunt caracterizate prin prezența cererilor de transmisie de la terminalele sursei de mesaje. Decizia de acordare a resursei este luată de stația centrală. Protocoalele corespunzătoare se disting prin prezența canalelor de redundanță alocate rigid fiecărui obiect mobil și prezența unei stații centrale de control. Protocoalele sunt caracterizate de o valoare ridicată a factorului de utilizare a lățimii de bandă a stației de bază, cu toate acestea, ele sunt critice pentru întreruperile în funcționarea sistemului de control.

Distribuit Metodele de alocare a resurselor la cerere diferă prin faptul că toți utilizatorii efectuează aceleași operațiuni fără a recurge la stația centrală și utilizează informații suplimentare de serviciu care sunt schimbate între ei. Toți algoritmii cu control distribuit necesită schimbul de informații de control între utilizatori. Protocoalele sunt caracterizate prin atribuirea rigidă a canalelor de redundanță unui obiect în mișcare. În același timp, fiecare obiect are un tabel de atribuire a canalelor de solicitare, prin urmare, orice obiect mobil are în orice moment informații despre starea întregii rețele.

Combinate metode sunt combinații ale metodelor anterioare de alocare a resurselor și implementează strategii în care alegerea metodei este adaptativă pentru diferiți utilizatori pentru a obține caracteristici ale resursei canalului utilizate aproape de optime. Ca criteriu al optimității, de regulă, se ia coeficientul de utilizare a capacității canalului. Pe baza protocoalelor de acest tip, parametrii sunt ajustați la situația specifică din rețea.

Astfel, fiecare dintre metodele avute în vedere de alocare a resurselor are avantaje și dezavantaje. În practică, este recomandabil să existe întregul set de metode și să efectueze o tranziție adaptativă de la o metodă la alta în anumite schimbări ale condițiilor de funcționare.

6.2 Principiu și caracteristica principală CDMA

Popular Principiul de funcționare a sistemelor de comunicații celulare (CCS) cu divizarea codului de canale poate fi explicat după cum urmează. sunt un exemplu om . Să presupunem că stai înăuntrusala de așteptare a stației. La fiecare cameo sunt doi oameni. Un cuplu vorbește engleză unul cu celălalt, celălalt vorbește rusă, al treilea vorbește germană și așa mai departe. Deci în hol toți vorbesc în același timpîn aceeași gamă de frecvență (vorbire de la 3 kHz la 20 kHz), în timp ce tu, vorbind cu adversarul, îl înțelegi doar pe el, dar auzi pe toată lumea.

Principiile împărțirii codurilor a canalelor de comunicație CDMAse bazează pe utilizarea semnalelor de bandă largă (WBS), a căror lățime de bandă depășește semnificativ lățimea de bandă necesară pentru mesageria convențională, cum ar fi sistemele de multiplexare prin diviziune de frecvență în bandă îngustă (FDMA). Caracteristica principală a SPS este baza semnal, definit ca produsul lățimii spectrului său F pe durata ei T:

B= F*T

Ca urmare a înmulțirii semnalului sursei de zgomot pseudoaleatoare cu semnalul de informare, energia acestuia din urmă este distribuită pe o bandă largă de frecvență, adică spectrul său este extins. În dispozitivele radio construite X prin tehnologia Spread Spectrum(spectru extins),răspândirea spectrului semnalului transmis se realizează folosind o secvență pseudo-aleatorie (Pseudorandom Number, PN), care specifică algoritmul de distribuție.Fiecare receptor trebuie să cunoască secvența de codificare pentru a decoda mesajul. Dispozitivele cu PN diferite nu se „aud” unul pe celălalt. Deoarece puterea semnalului este distribuită pe o bandă largă, semnalul în sine este „ascuns” în zgomot și, în ceea ce privește caracteristicile sale spectrale, seamănă și cu zgomotul dintr-un canal radio.

Metoda de transmisie în bandă largă este descrisă în detaliu de K. Shannon, care a introdus conceptul de capacitate a canalului și a stabilit o relație între posibilitatea transmiterii fără erori a informațiilor pe un canal cu un raport semnal-zgomot dat și banda de frecvență. alocate pentru transmiterea informatiilor. Pentru orice raport semnal-zgomot dat, se obține o rată scăzută de eroare de transmisie prin creșterea lățimii de bandă disponibilă pentru transmiterea informațiilor.

În sistemele de comunicații digitale care transmit informații sub formă de simboluri binare, durata NPN T și rata de mesaje DIN legate de raport T = 1/C . Prin urmare, baza semnalului B=F/C caracterizează lărgirea spectrului NLS (S shps ) în raport cu spectrul mesajului.Lățimea spectrului este determinată de durata minimă a impulsului ( t 0 ), adică F \u003d 1 / t 0 și B \u003d T / t 0 \u003d F / Δ f (Δ f este lățimea spectrului semnalului informațional).

Lărgirea spectrului de frecvență al mesajelor digitale transmise poate fi realizată prin diferite metode și/sau combinarea acestora. Le enumerăm pe cele principale:

1. răspândirea directă a spectrului de frecvență ( DSSS-CDMA);
2. cu spectru extins multicanal(MC-CDMA)
3. salt de frecvență purtătoare ( FHSS-CDMA).

6. 3 Spectrul de răspândire directă - DSSS (Spectrul extins al secvenței directe)

Canalele de trafic cu această metodă de separare media sunt create folosind mânca semnal radio modulat în bandă largă - asemănător zgomotului un semnal transmis pe un canal comun pentru alți transmițători similari, într-un singur domeniu larg de frecvență. Ca urmare a funcționării mai multor transmițătoare, aerul dintr-un anumit interval de frecvență devine și mai asemănător cu zgomotul. Fiecare transmițător modulează semnalul folosind o valoare numerică separată atribuită în prezent fiecărui utilizator. cod , un receptor setat la un cod similar, tu se împarte de semnalul radio total piesa care este destinata acestui receptor. Lipsește în mod explicit temporare sau frecvente separarea canalelor, fiecare abonat folosește în mod constant întreaga lățime a canalului, transmitând un semnal într-un interval de frecvență comun și primind un semnal dintr-un interval de frecvență comun. În același timp, canalele de recepție și transmisie în bandă largă se află pe game de frecvență diferite și nu interferează între ele. Banda de frecvență a unui canal este foarte largă, conversatii abonații sunt suprapusi unul peste altul, dar deoarece codurile lor de modulare a semnalului sunt diferite, acestea pot fi diferențiate prin hardware-ul și software-ul receptorului.

Tehnică spectru răspânditvă permite să creșteți debitul la o putere constantă a semnalului. Datele transmise sunt combinate cu un semnal pseudo-aleatoriu mai rapid, asemănător unui zgomot, utilizând o operație OR pe biți care se exclud reciproc.(xor – adunare modulo 2) (figura 6.4). Semnal de date cu lățimea impulsului Tb combinat cu operația SAU(adăugat modulo 2)cu un cod de semnal, a cărui durată a impulsului este egală cu T c (lățimea lățimea de bandăproporţional 1/T, unde T - timpul de transmitere a unui bit), prin urmare lățimea de bandă a semnalului de date este egală cu 1/ T b și lăţimea de bandă a semnalului recepţionat este 1/ T c . Deoarece T c este mult mai mic decât T b , lățimea de bandă a semnalului primit este mult mai mare decât cea a semnalului de date transmis inițial. Valoare T b / T c este baza semnalului și, într-o oarecare măsură, determină limita superioară a numărului de utilizatori suportați de stația de bază într-unul temporar .

Figura 6.4 - Codificarea unui semnal discret (domeniul temporal)

La folosind metoda DSSS-CDMA semnal de bandă îngustă (Fig. Unok 6.5 ) este înmulțită cu o secvență pseudo-aleatorie (PRS) cu o perioadă de repetiție T, inclusiv N durata secvenței de biți la fiecare. În acest caz, baza NPS este numeric egală cu numărul de elemente PSS B \u003d N * t 0 / t 0 \u003d N.

Imagine 6.5 - Schema bloc a codificării codului și spectrului de semnal

Astfel, pentru o schimbare de fază purtătoareîn timpul manipulării fazeieste utilizat fluxul de biți rapid. Lățimea de bandă este extinsă artificial prin creșterea ratei de date (creșterea numărului de biți transmiși).Acest lucru se realizează prin înlocuirea fiecărui bit de informație cu o explozie de zece sau mai mulți biți.numite „cipuri”. În același timp, banda de frecvență se extinde proporțional. Astfel de secvențe de biți sunt numite asemănător zgomotului sau PN . Aceste secvențe binare sunt generate special în așa fel încât numărul de zerouri și unități din ele să fie aproximativ egal. Fiecare dintre biții zero ai fluxului de informații este înlocuit cu un cod PN, iar cei cu un cod PN inversat. Această modulație numit modulare cu inversare de biți. Această amestecare are ca rezultat un semnal PN.. În corelator, un cod PN neinversat care se potrivește strâns cu codul PN local generează un pic de informație " 0 ". În același timp, secvența corespunzătoare lui " 1 ", duce la completare decorelații , deoarece codul PN este inversat pentru acest bit de informare. Astfel, corelatorul va produce un flux de unu pentru secvența PN inversată și un flux de zerouri pentru cea neinversată, ceea ce va însemna restabilirea informației transmise. Uneori, o schimbare de fază de 180 de grade este utilizată pentru a transmite fluxul de biți rezultat, care se numește codificare binară de defazare (BPSK). Sau (cel mai adesea) transmisia este implementată prin codificare cu deplasare de fază în cuadratură (QPSK), adică doi biți (un număr de la 0 la 4) codificați de patru defazări diferite ale frecvenței purtătoarei sunt transmise simultan. Un transmițător cu un cod PN nu poate genera exact aceleași benzi laterale (componente spectrale) ca un alt transmițător care utilizează un cod PN diferit.

Recepția NPS este efectuată de un receptor optim, care pentru un semnal cu podea ness parametri cunoscuți calculează integrala de corelație

z =∫ x (t ) u (t ) dt ,

unde x(t) - semnal de intrare, care este suma semnalului util u (t) și interferența n (t) (în cazul zgomotului alb). Apoi valoarea z comparativ cu pragul Z . Valoarea integralei de corelație este găsită folosind un corelator sau un filtru potrivit. Corelatorul „comprimă” spectrul semnalului de intrare în bandă largă prin înmulțirea acestuia cu copia de referință u(t) urmată de filtrare, care duce la o îmbunătățire a raportului semnal-zgomot la ieșirea corelatorului înÎN ori față de intrare.

Câștigul semnal-zgomot rezultat la ieșirea receptorului este o funcție a raportului dintre lățimile de bandă a semnalului în bandă largă și în bandă de bază: cu cât este mai mare răspândirea, cu atât câștigul este mai mare. În domeniul timpului, aceasta este o funcție a raportului dintre rata de biți din canalul radio și rata de biți a semnalului de informații de bază. Pentru standardul IS-95(primul standard CDMA) raportul este 128ori 21 dB. Acest lucru permite sistemului să funcționeze cu niveluri de interferență cu până la 18 dB mai mari decât semnalul dorit, deoarece procesarea semnalului la ieșirea receptorului necesită doar 3 dB de nivel al semnalului peste nivelul de interferență. În condiții reale, nivelul de interferență este mult mai mic. În plus, răspândirea spectrului de semnal (până la 1,23 MHz) poate fi considerată o aplicare a tehnicilor de diversitate a frecvenței de recepție. Semnalul în timpul propagării pe calea radio este supus decolorării din cauza naturii de propagare cu mai multe căi. În domeniul frecvenței, acest fenomen poate fi reprezentat ca efectul unui filtru notch cu o lățime de bandă notch variabilă (de obicei nu mai mult de 300 kHz). În standardul AMPS(standard mobil analogic)aceasta corespunde suprimarii a zece canale, iar în sistemul CDMA este suprimat doar aproximativ 25% din spectrul semnalului, ceea ce nu provoacă dificultăți deosebite în recuperarea semnalului în receptor.(Figura 6.6) . În standardul AMPS lățimea de bandă a unui canal 30 kHz, in GSM - 200 kHz).

Figura 6.6 - Impactul interferenței în bandă îngustă (a) și al estompării (b) asupra unui semnal în bandă largă.

O proprietate extrem de utilă a dispozitivelor DSSS este aceea datorită nivelului de putere foarte scăzut a lui semnalează că sunt practicnu interferați cu dispozitivele radio convenționale(putere mare în bandă îngustă), deoarece acestea din urmă preiau un semnal de bandă largă pentru zgomot în intervalul acceptabil. Pe de altă parte - dispozitivele convenționale nu interferează cu cele de bandă largă, deoarece semnalele lor de mare putere „zgomot” fiecare numai în propriul canal îngust și nu pot îneca întregul semnal de bandă largă. Este ca și cum ar fi cu un creion subțire, dar o scrisoare scrisă mare ar fi umbrită cu un pix îndrăzneț - dacă trăsurile nu sunt pe rând, putem citi scrisoarea.

Drept urmare, putem spune că utilizarea tehnologiilor de bandă largă face posibilă utilizarea aceleiași părți a spectrului radio. de două ori - dispozitive convenționale în bandă îngustă și „pe deasupra lor” - bandă largă.

Rezumând, putem evidențiați următoarele important proprietățile tehnologiei NSS, cel puțin pentru metoda secvenței directe:

P imunitate la zgomot;

mic interferențe cu alte dispozitive;

la confidențialitatea difuzării;

uh economie în producţia de masă;

în capacitatea de a reutiliza aceeași parte a spectrului.

6.4 Multicanal spectru răspândit MC-CDMA (Multi Carrier)

Această metodă este o variantă a DSSS. În 1993, Institutul pentru Tehnologia Comunicațiilor a introdus o nouă schemă de partajare sincronă. Schema propusă combină avantajele tehnicii DS-CDMA cu multiplexarea eficientă a diviziunii în frecvență ortogonală ( OFDM ). Noua schemă de partajare este denumită CDMA cu mai multe frecvențe ( MC-CDMA) sau ca OFDM-CDMA , și oferă o flexibilitate ridicată și eficiență a lățimii de bandă comparabile cu DS-CDMA.

În sistemul MC-CDMA, biții după codarea canalului sunt convertiți în chipsuri prin înmulțirea cu secvența codului de separare a utilizatorului, ceea ce este necesar pentru a minimiza interferența dintre abonați. Pentru a forma aceste coduri, sunt utilizate funcțiile ortogonale Walsh. Proprietatea cheie a sistemului MC-CDMA este că toate cipurile asociate cu un bit de cod sunt transmiseîn paralel în subcanale de bandă îngustă, folosind OFDM.

Acest lucru poate fi vizualizat luând în considerare această tehnologie bazată pe standardul 802.11.(Ethernet radio) . Imaginați-vă că întreaga bandă de frecvență „largă” este împărțită într-un anumit număr de subcanale - (conform standardului 802.11 - 11 canale). Fiecare bit de informație transmis este convertit, după un anumit algoritm, într-o secvență de 11 biți, acești 11 biți fiind transmiși simultan și în paralel, folosind toate cele 11 subcanale. La recepție, secvența de biți recepționată este decodificată folosind același algoritm ca și codificarea. O altă pereche de receptor-transmițător poate folosi un alt algoritm de codare-decodare și pot exista o mulțime de astfel de algoritmi diferiți.

Rezultatul evident al aplicării acestei metode este protecția informațiilor transmise împotriva interceptării cu urechea (un receptor „străin” folosește un alt algoritm și nu va putea decoda informațiile care nu de la propriul emițător). Dar o altă proprietate a metodei descrise s-a dovedit a fi mai importantă. Constă în faptul că, datorită celui de 11 ori redundanţă transmisia poate fi renunțatăsemnal de putere foarte scăzută(comparativ cu nivelul de putere a semnalului atunci când se utilizează tehnologia convențională în bandă îngustă),fără a mări dimensiunea antenelor. În acest caz, raportul dintre nivelul semnalului transmis și nivelul zgomot , (adică interferență aleatoare sau intenționată), astfel încât semnalul transmis este deja, parcă, nedistins în zgomotul general. Dar datorită redundanței sale de 11x, dispozitivul de recepție îl va putea recunoaște în continuare. Acestcam la fel ca scris pe 11 foi același cuvânt și unele cearșafuri s-au dovedit a fi scrise cu un scris de mână ilizibil, altele șterse pe jumătate sau pe o hârtie arsă - dar totuși, în cele mai multe cazuri, vom putea stabili ce fel de cuvânt este acesta comparând toate cele 11 exemplare.

În această etapă, pentru sistemele MS-CDMA, o bandă de frecvență de 1, 25 MHz împărțit în 512 subpurtători. În teste, s-a constatat că acestea sunt mai puțin sensibile la problema „aproape-departe” decât sistemele DS-CDMA.

6.5 Răspândirea spectrului cu salt de frecvență

Frecvența purtătoarei sari a treia cale (figura 6.7 ), se realizează prin reglarea rapidă a frecvenței de ieșire a sintetizatorului în conformitate cu legea de formare a unei secvențe pseudoaleatoare (Frecvență CDMA cu spectru răspândit fără acces - FHSS-CDMA). Fiecare frecvență purtătoare și benzile sale laterale asociate trebuie să rămână în lățimea de bandă specificată de FCC.(Comisia Federală de Comunicații). Numai atunci când receptorul vizat cunoaște secvența de salt de frecvență a emițătorului, receptorul său poate urma acele salturi de frecvență.

Orez UNO 6.7 - Spectru răspândit cu salt de frecvență purtătoare

La codificarea conform metodei saltului de frecvență (FHSS), întreaga bandă de frecvență alocată pentru transmisii este împărțită într-un anumit număr de subcanale (conform standardului 802.11, aceste canale sunt 79). Fiecare transmițător folosește doar unul dintre aceste subcanale la un moment dat, saltând regulat de la un subcanal la altul. Standardul 802.11 nu fixează frecvența unor astfel de salturi - poate fi setat diferit în fiecare țară. Aceste sărituri apar sincron la emițător și receptor într-o secvență pseudo-aleatorie predeterminată cunoscută de ambii; este clar că, fără a cunoaște secvența de comutare, este imposibil să primiți o transmisie.

Cealaltă pereche emițător-receptor va folosi o secvență diferită de comutare a frecvenței, setată independent de prima. Pot exista multe astfel de secvențe într-o bandă de frecvență și într-un singur teritoriu de vizibilitate (într-o „celulă”). Este clar că, odată cu creșterea numărului de transmisii simultane, crește și probabilitatea coliziunilor, când, de exemplu, două transmițătoare au sărit simultan la frecvența nr. 45, fiecare în conformitate cu succesiunea lor, și s-au înecat unul pe altul. Pentru cazurile în care doi transmițători încearcă să folosească aceeași frecvență în același timp, este furnizat un protocol de rezoluție a coliziunilor în care transmițătorul încearcă să retrimită date pe următoarea frecvență în secvență.

6 . 6 Rețele bazate pe CDMA

Istoric și dispoziții generale

1991 - Qualcomm a dezvoltat proiectul standardului IS-95.

1993 - Telecommunication Industry Association (TIA) a aprobat versiunea de bază a IS-95, iar în iulie 1993, Comisia Federală pentru Comunicații (FCC) a recunoscut tehnologia celulară digitală propusă de Qualcomm ca standard IS-95 bazat pe CDMA.

1995 - Funcționarea primului sistem comercial de comunicații mobile celulare pe Tehnologia CDMA IS-95 în Hong Kong.

Rețelele și dispozitivele care utilizează acces multiplu prin divizare de cod sunt construite pe baza standardelor dezvoltate de TIA. Practic, acestea sunt standardele:

IS-95 CDMA - interfata radio; IS-96 CDMA - Servicii de voce;

IS-97 CDMA - statie mobila;IS-98 CDMA - stație de bază;

IS-99 CDMA - servicii de date.

Pe baza unei serii de standarde, a fost implementată stația cdma One de generația a 2-a. Aceste idei au fost dezvoltate în continuare în a treia generație CDMA - standardul de sistem de bandă largă 2000.

Servicii de bază : p transmisie de date și voce la viteze de 9,6 Kbps, 4,8 Kbps, 2,4 Kbps; m apel la distanță; R oaming (național și internațional); w suflare apel ; P redirecționare apel (fără răspuns, ocupat); la apel conferință; Și Indicator de mesaj de apel în așteptare; mesageria vocală ; T Transmiterea textului și recepția mesajelor.

Arhitectura rețelei

În figura 6. 8 este dată o diagramă bloc generalizată a rețelei radio mobile celulare CDMA IS-95.

Elementele principale ale acestei rețele (BTS, BSC, MSC, OMC) sunt identice ca compoziție cu elementele utilizate în rețelele celulare cu divizare în timp a canalelor (de exemplu, GSM). Principala diferență este că rețeaua CDMA IS-95 include dispozitive de evaluare a calității și de selecție a blocurilor (SU - Selector Unit). În plus, pentru a implementa procedura de comutare soft între stațiile de bază controlate de diferite controlere (BSC), sunt introduse linii de transmisie între SU ​​și BSC (Inter BSC Soft handover). În centrul de comutare al obiectelor mobile (MSC), a fost adăugat un convertor transcoder (TCE - Transcoder Equipment), care convertește mostre de semnal de vorbire, format de date dintr-un format digital în altul.

Sistemul CDMA de la Qualcomm este proiectat să funcționeze în banda de frecvență de 800 MHz. Ea construit după metoda de răspândire directă a spectrului de frecvență bazată pe utilizarea a 64 de tipuri de secvențe formate conform legii funcțiilor Walsh. Pentru transmiterea mesajelor vocale a fost selectat un dispozitiv de conversie a vorbirii cu algoritmul CELP cu o rată de conversie de 8000 bps (9600 bps în canal). Sunt posibile moduri de operare la viteze de 4800, 2400, 1200 bps.

Standardul folosește procesarea separată a semnalelor reflectate care sosesc cu întârzieri diferite și adăugarea lor ulterioară a greutății, ceea ce reduce semnificativ impactul negativ al efectului multipath. Cu procesare separată a razelor în fiecare canal de recepție de pe bază statii Se folosesc 4 corelatoare paralele și 3 corelatoare la stația mobilă. Prezența corelatorilor care funcționează în paralel face posibilă implementarea unui mod de „predare” moale atunci când se trece de la celulă la celulă.

Orez unok 6. 8 - Arhitectura de rețea CDMA

Modul soft „handover” are loc prin controlul stației mobile cu două sau mai multe stații de bază. Transcoderul, care face parte din echipamentul principal, evaluează calitatea recepției semnalului de la două stații de bază secvenţial cadru cu cadru. Procesul de selectare a celui mai bun cadru are ca rezultat faptul că semnalul rezultat poate fi generat prin comutarea continuă și „lipirea” ulterioară a cadrelor primite de diferite stații de bază care participă la „predare”.

Trafic și canale de control

În CDMA, canalele de transmisie de la o stație de bază la o stație mobilă sunt apelate înainte. Canalele de recepție a informațiilor de la stația de bază mobilă se numesc invers (Reverse). Pentru legătura de retur, IS-95 definește o bandă de frecvență de la 824 la 849 MHz. Pentru canalul direct - 869-894 MHz. Canalele înainte și invers sunt separate printr-un interval de 45 MHz. Datele utilizatorului sunt împachetate și transmise pe un canal cu o lățime de bandă de 1,2288 Mbps. Capacitatea de încărcare a canalului direct este de 128 de conexiuni telefonice cu o viteză de trafic de 9,6 Kbps. Compoziția canalelor în CDMA în standardul IS-95 este prezentată în unke orez 6. 9 .

În standard IS-95 folosește diferite tipuri de modulație pentru canalele înainte și invers. În canalul înainte, stația de bază transmite date simultan pentru toți utilizatorii din celulă, folosind coduri diferite pentru fiecare utilizator pentru a separa canalele. Se transmite și semnalul pilot, are un nivel de putere mai mare, oferind utilizatorilor posibilitatea de sincronizare ation.

Orez unok 6. 9 - Trafic CDMA și canale de control

În sens invers, stațiile mobile răspund asincron (fără a utiliza un pilot), cu același nivel de putere sosind la stația de bază de la fiecare stație mobilă. Acest mod este posibil datorită controlului puterii și controlului puterii abonaților de telefonie mobilă pe canalul de servicii.

Canale directe

Datele de pe canalul de trafic înainte sunt grupate într-un cadru de 20 ms. Datele utilizatorului după precodificare și formatare sunt intercalate pentru a ajusta rata curentă de date, care poate varia. Apoi, spectrul semnalului este extins prin înmulțirea cu una dintre cele 64 de secvențe pseudo-aleatoare (pe baza funcțiilor Walsh) la o valoare de 1,2288 Mbps. Fiecărui abonat mobil i se atribuie un PSP, cu ajutorul căruia al datele sale vor fi separate de datele celorlalți abonați. Ortogonalitatea SRP este asigurată de codificarea sincronă simultană a tuturor canalelor din celulă (adică, fragmentele utilizate în fiecare moment de timp sunt ortogonale). După cum sa menționat deja, un semnal pilot (cod) este transmis în sistem, astfel încât terminalul mobil să poată controla caracteristicile canalului, să primească marcaje temporale, oferind sincronizare de fază pentru o detecție coerentă. Pentru sincronizarea globală a rețelei, sistemul folosește și etichete radio de la GPS(Global Position System)-sateliți.

Compoziția canalelor directe

Canalul pilot este conceput pentru a stabili sincronizarea inițială, a controla nivelul semnalului stației de bază în timp, frecvență și fază și pentru a identifica stația de bază.

Canalul de sincronizare (SCH) menține nivelul de emisie a semnalului pilot, precum și faza secvenței pseudo-aleatoare a stației de bază. Canalul de sincronizare transmite semnale de ceas către terminalele mobile la 1200 baud.

Canalul de difuzare a mesajelor scurte, Canalul de paginare este utilizat pentru a apela stația mobilă. Numărul de canale este de până la 7 pe celulă. După primirea semnalului de apel, stația mobilă transmite un semnal de confirmare către stația de bază. După aceea, informațiile despre stabilirea conexiunii și atribuirea canalului de comunicație sunt transmise stației mobile prin canalul de apel difuzat. Funcționează la 9600, 4800, 2400 baud.

Canalul de trafic direct (FTCH - Forward Traffic Channel) este conceput pentru a transmite mesaje vocale și date, precum și pentru a controla informații de la stația de bază către mobil; transmite orice date utilizator.

CDMA utilizează două tipuri de canale pentru a furniza servicii de comunicații diferite. Primul dintre ele se numește principal, iar al doilea - suplimentar. Serviciile furnizate prin această pereche de canale depind de schema de comunicare. Canalele pot fi adaptate pentru un anumit serviciu și funcționează la diferite dimensiuni ale cadrului folosind oricare dintre cele două intervale de viteză: RS-1 (1200, 2400, 4800 și 9600 bps) sau RS-2 (1800, 3600, 7200 și 14400 bps). Determinarea și selectarea ratei de recepție se efectuează automat.

Fiecărui canal logic i se atribuie un cod Walsh diferit, așa cum este indicat mai jos unke orez 6.10 . În total, pot exista 64 de canale logice într-un canal fizic, deoarece există 64 de secvențe Walsh cărora le sunt alocate canale logice și fiecare dintre ele are o lungime de 64 de biți. Din toate cele 64 de canale:

1. primul cod Walsh (W0) căruia îi corespunde canalul pilot este atribuit primului canal;
2. următorului canal i se atribuie un cod Walsh de treizeci de secunde (W32), următorilor șapte canale li se atribuie și secvențele lor Walsh (W1, W2, W3, W4, W5, W6, W7) cărora le corespund canalele de apel;
3. 55 de canale sunt destinate transmiterii de date prin canalul de trafic direct.

Orez unok 6. 10 - Structura canalelor directe

Compoziția canalelor de retur

Canalul de acces (ACH - Canalul de acces) asigură comunicarea între stația mobilă și stația de bază atunci când stația mobilă nu utilizează încă canalul de trafic. Canalul de acces este utilizat pentru a stabili apeluri și a răspunde la mesajele, comenzile și solicitările de înregistrare a rețelei de canal de paginare. Canalele de acces sunt combinate (combinate) cu canalele de apel.

Reverse Traffic Channel (RTCH) asigură transmisia de mesaje vocale și informații de control de la stația mobilă la stația de bază.

Principalele caracteristici sisteme

Gama de frecvență de transmisie MS	824.040 - 848.860 MHz
Gama de frecvență de transmisie BTS	869.040 – 893.970 MHz
Jitter relativ al purtătorului BTS	+/- 5*10 -8
Jitter-ul relativ al purtătorului MS	+/- 2,5*10 -6
Tipul de modulație a frecvenței purtătoare	QPSK(BTS), O-QPSK(MS)
Lățimea spectrului semnalului emis:- 3 dB 40 dB	1,25 MHz 1,50 MHz
Frecvența ceasului SNR Funcția M	1,2288 MHz
Numărul de canale BTS pe o frecvență purtătoare	1 canal pilot 1 canal de sincronizare Canale de 7 persoane. apel 55 de canale de comunicare
Numărul de canale MS	1 canal de acces 1 canal de comunicare
Rata de transferîn canale: - sincronizare Într-un canal personal de apel și acces În canalele de comunicare	1200 bps 9600, 4800 bps 9600, 4800, 2400, 1200 bps
Codificare în canalele de transmisie BTS	Cod convoluțional R=1/2, K=9
Codificare în canalele de transmisie MS	Cod convoluțional R=1/3, K=9
Raportul de energie al biților de informații necesar pentru recepție	6-7 dB
Putere radiată efectivă maximă BTS	50 W
Puterea radiată efectivă maximă MS	6,3 - 1,0 W

6.7 Ordinea de trecere a datelor vocale în stația mobilă până la trimiterea în aer

R Să ne uităm la diagrama bloc a canalului de trafic invers(Figura 6.11) . În canalele înainte și înapoi, acest model se repetă; în funcție de canalul utilizat în prezent, unele blocuri ale acestei scheme sunt excluse.

1. Semnalul de vorbire intră în codecul de vorbire - în această etapă, semnalul de vorbire este digitizat și comprimat conform algoritmului CELP.

Principiul este acesta. Fluxul de date este scris în matrice rând cu rând. Odată ce matricea este umplută, începeți tsya transmisia ei cha pe coloane. În consecință, atunci când mai mulți biți de informație sunt distorsionați la rând în aer, la primirea unui pachet de erori, care trece prin matricea inversă, acesta este convertit în erori unice.

Figura 6.11 - Diagrama structurală canal de trafic invers

4. În continuare, semnalul intră în blocul de codare (din interceptări) - pe informație se suprapune o mască (secvență) de 42 de biți. Această mască este secretă. Cu interceptarea neautorizată a datelor în aer, este imposibil să decodați semnalul fără a cunoaște masca. Metoda de sortare a tuturor valorilor posibile nu este eficientă. atunci când generați această mască, parcurgând toate valorile posibile, va trebui să generați 8, 7 trilioane de măști lungi de 42 de biți.

5. Bloc de multiplicare cod Walsh - fluxul de date digitale este multiplicat cu o secvență de biți generată de funcția Walsh.

În această etapă de codificare a semnalului, spectrul de frecvență este extins, adică. fiecare bit de informație este codificat de o secvență Walsh, lungă de 64 de biți. Acea. rata de transmitere a datelor din canal este crescută de 64 de ori. În consecință, în blocul de modulare a semnalului, viteza de manipulare a semnalului crește, deci și extinderea spectrului de frecvență.

Funcția Walsh este, de asemenea, responsabilă pentru filtrarea informațiilor inutile de la alți abonați. La începutul unei sesiuni de comunicare, abonatului i se atribuie frecvența la care va lucra și unul (din 64 posibile) canale logice, care determină funcția Walsh. În momentul acceptării, semnalul trece conform schemei în sens invers. Semnalul primit este înmulțit cu secvența codului Walsh. Rezultatul înmulțirii este utilizat pentru a calcula integrala de corelație.

Dacă pragul Z satisface valoarea limită, atunci semnalul este al nostru. Secvența funcțiilor Walsh este ortogonală și are proprietăți bune de corelare și autocorelare, deci probabilitatea de a vă confunda semnalul cu al altcuiva este 0, 01 %.

6. Blocul pentru înmulțirea semnalului cu două funcții M (M1 - 15 biți lungime, M2 - 42 biți lungime) sau se mai numesc PSP-secvențe pseudoaleatoare - blocul este conceput pentru a amesteca semnalul pentru blocul de modulație . Fiecărei frecvențe atribuite i se atribuie o funcție M diferită.

7. Bloc de modulare a semnalului - standardul CDMA utilizează modulația de fază FM4, OFM4.

Beneficiile CDMA

1. Eficiență spectrală ridicată. CDMA vă permite să serviți mai mulți abonațiîn aceeași bandă de frecvență decât alte tipuri de separare ( TDMA, FDMA).
2. Alocarea flexibilă a resurselor. Cu divizarea codului, nu există o limită strictă a numărului de canale. Odată cu creșterea numărului de abonați, probabilitatea erorilor de decodare crește treptat, ceea ce duce la o scădere a calității canalului, dar nu la o refuz de serviciu.
3. ÎN securitate ridicată a canalului. Este dificil să selectezi canalul dorit fără a-i cunoaște codul, pentru că în Întreaga bandă de frecvență este umplută uniform cu un semnal asemănător zgomotului.
4. Telefoanele CDMA au o putere de vârf mai mică și, prin urmare, sunt posibil mai puțin dăunătoare.

6.8 Evoluția sistemelor de comunicații celulare folosind tehnologia CDMA

În prezent, echipamentul CDMA este cel mai nou și mai scump, dar în același timp cel mai fiabil și mai sigur. Comunitatea Europeană, în cadrul programului de cercetare RACE, dezvoltă proiectul CODIT pentru a crea una dintre variantele Sistemului Universal de Telecomunicații Mobile (UMTS) pe principiul diviziunii codului folosind semnale de difuzare directă în bandă largă.

Principala diferență a conceptului CODIT va fi utilizarea eficientă și flexibilă a resursei de frecvență. După cum am explicat mai devreme, semnalul CDMA în bandă largă este practic neafectat de interferența în bandă îngustă. Datorită acestei proprietăți, standardul CODIT va folosi suplimentar intervale de gardă între frecvențele purtătoare pentru transmiterea datelor.

Tehnologia de divizare a codului CDMA, datorită eficienței sale spectrale ridicate, este o soluție radicală pentru evoluția ulterioară a sistemelor de comunicații celulare.

CDMA2000 este standardul 3G în evoluţia reţelelor cdmaOne (bazat pe IS-95 ). Cu menținerea principiilor de bază stabilite de versiune IS-95A , tehnologia CDMA este în continuă evoluție.

Dezvoltarea ulterioară a tehnologiei CDMA are loc în cadrul tehnologiei CDMA2000. La construirea unui sistem de comunicații mobile bazat pe tehnologia CDMA2000 1X, prima fază asigură transmisia de date cu o viteză de până la 153 kbps, ceea ce vă permite să furnizați servicii de voce, transmitere de mesaje scurte, e-mail, Internet, baze de date, date și încă imagini.

Trecerea la următoarea fază CDMA2000 1X EV-DO folosind aceeași bandă de frecvență de 1,23 MHz, viteza de transmisie este de până la 2,4 Mbps în canalul direct și de până la 153 kbps în canalul invers, ceea ce face ca acest sistem de comunicații să fie compatibil cu cerințele 3G și face posibilă furnizarea celei mai mari game de servicii până la transmisie video în timp real.

Următoarea fază a dezvoltării standardului în direcția creșterii capacității rețelei și a transmisiei de date este 1XEV-DO Rev A : Transfer de date la viteze de până la 3,1 Mbps către abonat și până la 1,8 Mbps de la abonat. Operatorii vor putea oferi aceleași servicii ca pe baza Rev. 0 și, în plus, să transmită voce, date și transmisie prin rețele IP. Există deja mai multe astfel de rețele de operare în lume.

Dezvoltatorii de echipamente de comunicație CDMA au lansat o nouă fază - 1XEV-DO Rev B , - pentru a atinge următoarele viteze pe un canal de frecvență: 4,9 Mbps la abonat și 2,4 Mbps de la abonat. În plus, va fi posibilă combinarea mai multor canale de frecvență pentru a crește viteza. De exemplu, combinarea a 15 canale de frecvență (numărul maxim posibil) va permite atingerea unor viteze de 73,5 Mbps la abonat și 27 Mbps de la abonat. Utilizarea unor astfel de rețele reprezintă o performanță îmbunătățită a aplicațiilor sensibile la timp, cum ar fi VoIP , Push to Talk, telefonie video, jocuri online etc.

Principalele componente ale succesului comercial al sistemului CDMA2000 sunt o zonă mai largă de servicii, calitatea ridicată a vorbirii (aproape echivalentă cu sistemele cu fir), flexibilitatea și costul scăzut al introducerii de noi servicii, imunitate ridicată la zgomot, stabilitatea canalului de comunicație de la interceptare și ascultare.

De asemenea, un rol important îl joacă puterea radiată scăzută a emițătoarelor radio ale dispozitivelor de abonat. Deci, pentru sistemele CDMA2000, puterea maximă radiată este de 250 mW. Pentru comparație: în sistemele GSM-900, această cifră este de 2 W (într-un impuls, când utilizați GPRS + EDGE cuumplere maxima; maxim atunci când media în timp în timpul unei conversații normale este de aproximativ 200 mW). În sistemele GSM-1800 - 1 W (într-un impuls, media este puțin mai mică de 100 mW).

În multiplexarea pe diviziune în timp (TDM), semnalele fiecărui canal sunt eșantionate, iar valorile lor instantanee sunt transmise secvenţial în timp. Astfel, fiecare mesaj este transmis în impulsuri scurte – discrete. Pe o linie de comunicare pentru o anumită perioadă de timp - perioada de repetiție, care este alocată pentru transmitere, este posibil să se transmită numărul corespunzător de astfel de mesaje.

Schema structurală a sistemului de transmitere a informațiilor din VRC. Pe fig. 4.3 prezintă o diagramă bloc simplificată a unui sistem cu un VRC. Un mesaj, de exemplu, în comunicarea telefonică sub formă de semnale sonore, intră în P in, unde vibrațiile sonore sunt transformate în cele electrice. Distribuitorii părților P1 emițătoare și P2 receptoare trebuie să funcționeze sincron și în fază. Comutarea distribuitoarelor se realizează din impulsurile provenite de la GTI. La sfârșitul fiecărui ciclu, un impuls de fază intră în linia de comunicație pentru a asigura funcționarea în fază a ambelor distribuitoare. Sincronismul funcționării acestora este asigurat de stabilitatea frecvenței GTI a părților de emisie și de recepție.

Distribuitorul conectează circuite în serie pentru a transmite mesaje pe canalul corespunzător. Deoarece este alocat puțin timp pentru transmiterea mesajelor, de-a lungul liniei de comunicație vor urma impulsuri scurte, a căror durată este determinată de momentul în care distribuitorul a conectat acest circuit. Pe partea de recepție, datorită funcționării sincrone și în fază a distribuitoarelor, impulsurile scurte sunt alimentate către P vy x, unde are loc conversia inversă a semnalelor electrice în cele sonore.

Cu TRC, între semnalele fiecărui canal transmis secvențial în timp pe linia de comunicație, se introduce un interval de timp de gardă (Fig. 4.4), care este necesar pentru a elimina influența (suprapunerea) reciprocă a canalelor. Acesta din urmă apare din cauza prezenței distorsiunilor de fază-frecvență în linia de comunicație, ceea ce provoacă timp de propagare inegal al semnalelor de diferite frecvențe.

Numărul de canale din TRC depinde de durata impulsurilor canalului si frecventa repetarii lor, care, la transmiterea mesajelor continue, este determinata de teorema Kotelnikov privind transformarea semnalelor continue in unele discrete.

Astfel, numărul total de canale din TRC

(4.1)

unde T p - perioada de repetare;
- durata pulsului de sinfazare; - durata intervalului de protectie; - durata impulsului canalului.

Lățimea de bandă cerută de o organizație P canale în timpul TRC, este determinată de durata minimă a impulsului canalului
, care depinde de numărul de canale de comunicare organizate și de natura mesajului, se determină din expresie

(4.2)

unde K p este un coeficient care depinde de forma pulsului (pentru un impuls dreptunghiular K p ~0,7).

Să determinăm banda de frecvență necesară, de exemplu, pentru a organiza 12 canale telefonice pentru TDC. Durata impulsului la organizarea a 12 canale telefonice pe linia de comunicație este determinată din următoarele considerente. Perioada de repetiție T p \u003d 1 / f p, unde f p este frecvența de repetiție, care este determinată de expresia f p \u003d 2f max \u003d 2 3400 \u003d 6800 Hz. Aici f max = 3400 Hz este frecvența maximă la transmiterea mesajelor telefonice. Pentru transmisie, se ia f p \u003d 8000 Hz. Apoi f p \u003d 1/8000 \u003d 125 μs.

Din expresie (4.1)

Înlocuind valorile lui T p = 125 μs și n=12 în ultima expresie, obținem
1 µs. Cunoscând durata pulsului canalului
iar luând K p = 0,7 din expresia (4.2), găsim

Astfel, banda de frecvență pentru organizarea a 12 canale telefonice în FDM depășește semnificativ banda de frecvență necesară organizării aceluiași număr de canale în FDM, care este de 48 kHz (12(3400 + 600) = 48000 Hz, unde 600 Hz este banda de frecvență. alocate pentru filtrarea canalelor adiacente).

Prin urmare, utilizarea VRC pentru transmiterea de mesaje analogice (de exemplu, telefon, fax, televiziune) are o serie de limitări. În același timp, transmiterea de mesaje discrete (telegraf, telemecanică, transmisie de date) în timpul TRC oferă avantaje semnificative. Acest lucru se explică prin faptul că semnalele discrete pentru aceste tipuri de mesaje au o durată semnificativă, iar spectrul de frecvență al unor astfel de semnale este situat în partea inferioară a intervalului de frecvență, prin urmare, durata și perioada de repetiție a impulsurilor canalului poate fi relativ mare, ceea ce reduce semnificativ banda de frecvență necesară.

În TDM, pot fi utilizate diferite tipuri de modulații de canal pentru a potrivi un mesaj cu un canal de comunicație.

Dezavantajele TRC ar trebui să includă o bandă de frecvență relativ largă necesară pentru transmiterea mesajelor; complexitatea comutării echipamentelor (distribuitorilor) la organizarea unui număr semnificativ de canale de comunicație și necesitatea de a corecta caracteristicile fază-frecvență ale liniei de comunicație pentru a elimina influența reciprocă a canalelor de comunicație.

Sistemele multicanal cu TDM sunt utilizate pe scară largă pentru transmiterea de informații analogice și discrete.

Principiul combinării temporale a canalelor este explicat convenabil cu ajutorul distribuitoarelor care se rotesc sincron pe părțile de emisie și de recepție (Fig. 8.9).

Principalele etape ale formării unui semnal de grup sunt prezentate în Fig. 8.10.

Informațiile din sursele de semnale analogice sunt transmise la intrările modulatoarelor individuale de impulsuri AIM (PWM, FIM). Probele de semnal generate la ieșirea primului modulator de impuls () (Fig. 8.10, c), la ieșirea celui de-al doilea modulator de impuls () (Fig. 8.10, d) sunt luate la același interval, dar cu un astfel de decalaj de timp care să nu se suprapună.

Apoi, distribuitorul de transmisie citește impulsurile din toate sursele, formând un semnal (Fig. 8.10, e), al cărui spectru, folosind un modulator de grup (GM), este transferat în domeniul de frecvență alocat acestei linii de comunicație. Semnalul de grup, transmis prin linia de comunicație, transportă informații atât de la prima cât și de la a doua sursă simultan. Pe partea de recepție, de la ieșirea demodulatorului de grup (GD), impulsurile semnalului de grup ajung la contactele rotative ale distribuitorului de recepție pentru a forma secvențe de canale etc. din care la ieșirea detectorilor de impulsuri se formează semnale continue care ajung la destinatarii mesajelor.

Trebuie subliniat faptul că Fig. 8.9 servește doar pentru a ilustra ideea de multiplexare în timp și nu reflectă tehnicile actuale de comutare. În realitate, aparatul de etanșare temporară se renunță la distribuitoare mecanice, care sunt înlocuite cu distribuitoare electronice care îndeplinesc aceleași funcții (Fig. 8.11).

Fig.8.11. Schema de comunicare multicanal cu VRC.

Ieșirile tuturor modulatoarelor de impuls sunt conectate la „propriile” întrerupătoare electronice, a căror funcționare este controlată de distribuitorul de impulsuri de comutare. La rândul său, distribuitorul este pornit de la generatorul de impulsuri de ceas.

Separarea în timp a semnalelor este realizată de un dispozitiv, a cărui diagramă bloc simplificată este prezentată în fig. 8.11. Semnalul radio de grup recepționat în demodulatorul de grup este convertit într-o secvență video de impuls de grup și este alimentat simultan la intrările extractorului de semnal de sincronizare și ale comutatoarelor electronice ale canalului.

Procesul de împărțire a timpului se desfășoară în două etape. În prima etapă a sistemului de intrare în sincronism are loc căutarea, detectarea și selectarea semnalelor de sincronizare, după care este lansat distribuitorul de impulsuri de comutare a canalelor. Distribuitorul generează la ieșirile sale impulsuri de durata necesară și într-o astfel de secvență încât se deschide un singur comutator electronic al canalului corespunzător în fiecare interval de canal.

În a doua etapă, fiecare impuls de canal este demodulat, după care semnalele canalelor recepționate sunt transmise destinatarilor informații analogice.

În cazul divizării în timp a canalelor, cel mai important rol joacă sistemul de sincronizare, algoritmul căruia este ales individual de fiecare dată pentru metoda acceptată de modulare a impulsurilor, metoda de combinare a canalelor în timp, structura semnalelor de sincronizare etc.

Linia de comunicație este cel mai scump element al sistemului de comunicații. Prin urmare, este recomandabil să se efectueze transmisia de informații pe mai multe canale, deoarece odată cu creșterea numărului de canale N, debitul său crește S. Poich. trebuie îndeplinită condiția:

H K - performanța canalului k-lea.

Principala problemă a transmisiei multicanal este separarea semnalelor de canal pe partea de recepție. Să formulăm condițiile pentru această separare.

Să fie necesar să se organizeze transmiterea simultană a mai multor mesaje pe un canal comun (de grup), fiecare dintre acestea fiind descris de expresia

(7.1.1)

Ținând cont de formula (7.1.1.) obținem:

Cu alte cuvinte, receptorul are proprietăți selective în raport cu semnalul Sk(t).

Luând în considerare problema separării semnalelor, se disting frecvența, fază, separarea în timp a canalelor, precum și separarea semnalelor după formă și alte caracteristici.

A doua întrebare de studiu

Canale de diviziune în frecvență

O diagramă bloc a unui sistem de comunicații multicanal (MCS) cu canale de divizare a frecvenței (FDM) este prezentată în Fig. 7.1.1, unde este indicată: IS - sursa de semnal, Mi - modulator, Фi - filtrul canalului i-lea , Σ - sumator de semnal, GN - generator de purtător, TX - transmițător, LS - linie de comunicație, IP - sursă de interferență, PFP - receptor, D - detector, PS - receptor de mesaje.

Fig.7.1.1. Diagrama structurală a unui sistem de comunicații multicanal

Cu FDM, semnalele purtătoare au frecvențe diferite fi (subpurtători) și sunt separate printr-un interval mai mare sau egal cu lățimea spectrului semnalului de canal modulat. Prin urmare, semnalele de canal modulate ocupă benzi de frecvență care nu se suprapun și sunt ortogonale între ele. Acestea din urmă sunt însumate (compactate în frecvență) în blocul Σ formând un semnal de grup, care modulează oscilația frecvenței purtătoare principale fn din blocul M.

Toate tehnicile cunoscute pot fi utilizate pentru a modula purtătorii de canal. Dar mai economic, lățimea de bandă a liniei de comunicație este utilizată în modulația cu bandă laterală unică (SSB AM), deoarece în acest caz lățimea spectrului semnalului modulat este minimă și egală cu lățimea spectrului mesajului transmis. În a doua etapă de modulare (semnal de grup), OBP AM este, de asemenea, utilizat mai des în canalele de comunicație prin cablu.

Un astfel de semnal cu dublă modulație, după amplificare în blocul TX, este transmis prin linia de comunicație către receptorul RX, unde suferă un proces de conversie inversă, adică demodularea semnalului de-a lungul purtătorului din blocul D pentru a obține un semnal de grup, extragerea semnalelor de canal din acesta prin filtre trece-bandă Fi și demodularea acestora din urmă în blocurile Di. Frecvențele centrale ale filtrelor trece-bandă Fi sunt egale cu frecvențele purtătoarelor de canal, iar benzile de transparență ale acestora sunt egale cu lățimea spectrului semnalelor modulate. Abaterea caracteristicilor reale ale filtrelor trece-bandă de la cele ideale nu ar trebui să afecteze calitatea separării semnalului, prin urmare, se folosesc intervale de frecvență de gardă între canale. Fiecare dintre filtrele Ф recepția trebuie să treacă fără atenuare numai acele frecvențe care aparțin semnalului unui canal dat. Frecvențele semnalului tuturor celorlalte canale trebuie să fie suprimate de filtru.

Separarea în frecvență a semnalelor prin filtre de trecere de bandă ideale poate fi reprezentată matematic după cum urmează:

unde g k este răspunsul la impuls al unui filtru trece-bandă ideal care trece fără distorsiuni banda de frecvență a canalului k-lea.

Principalele avantaje ale CHRK: simplitatea implementării tehnice, imunitate ridicată la zgomot, posibilitatea organizării oricărui număr de canale. Dezavantaje: extinderea inevitabilă a benzii de frecvență utilizată cu creșterea numărului de canale, eficiența relativ scăzută a utilizării lățimii de bandă a liniei de comunicație din cauza pierderilor de filtrare; cost greoi și ridicat al echipamentelor, în principal din cauza unui număr mare de filtre (costul filtrelor ajunge la 40% din costul unui sistem cu FDM). În transportul feroviar a fost dezvoltat un MCS cu un PMC de tip K-24T, în care se folosesc filtre electromecanice de dimensiuni mici.

A treia întrebare de studiu