Cu diviziunea în timp a canalelor (TDM), semnalele fiecărui canal sunt eșantionate, iar valorile lor instantanee sunt transmise secvenţial în timp. Astfel, fiecare mesaj este transmis în impulsuri scurte - mostre. Pe o linie de comunicare pentru o anumită perioadă de timp - perioada de repetare, care este rezervată transmiterii, puteți transmite numărul corespunzător de astfel de mesaje.

Schema bloc a sistemului de transmitere a informațiilor cu VRK. În fig. 4.3 prezintă o diagramă bloc simplificată a unui sistem cu un VRK. Mesajul, de exemplu, în timpul comunicării telefonice 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. Distribuitoarele sunt comutate prin impulsuri de la GTI. La sfârșitul fiecărui ciclu, un impuls de fazare este trimis la linia de comunicație pentru a se asigura că ambele supape funcționează în fază. Sincronizarea funcționării acestora este asigurată 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 o perioadă mică de timp pentru transmiterea mesajelor, de-a lungul liniei de comunicație vor urma impulsuri scurte, a căror durată este determinată de momentul în care distribuitorul conectează 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 transformarea inversă a semnalelor electrice în sunet.

În cazul TDM, între semnalele fiecărui canal, transmise secvenţial în timp prin linia de comunicaţie, se introduce un interval de timp de protecţie (Fig. 4.4), care este necesar pentru a elimina influenţa (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 VRK depinde de durata impulsurilor canalului și frecvența repetării acestora, care în transmiterea mesajelor continue este determinată de teorema Kotelnikov privind conversia semnalelor continue în unele discrete.

În acest fel, numărul total canale la VRK

(4.1)

unde T p este perioada de repetare;
- durata impulsului în fază; - durata intervalului de protectie; - durata impulsului canalului.

Banda de frecvență necesară pentru organizație P canale la VRK, 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 organizarea a 12 canale telefonice în VRK. Durata impulsului la organizarea a 12 canale telefonice pe linia de comunicație va fi determinată din următoarele considerente. Perioada de repetiție T p = 1 / f p, unde f p este frecvența de repetiție, care este determinată de expresia f p = 2f max = 2 3400 = 6800 Hz. Aici f max = 3400 Hz este frecvența maximă la transmiterea mesajelor telefonice. Pentru transmisie luați f p = 8000 Hz. Atunci f p = 1/8000 = 125 μs.

Din expresie (4.1)

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

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

În consecință, utilizarea VRM 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) cu VRK oferă avantaje semnificative. Acest lucru se datorează faptului 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. gama de frecvente prin urmare, durata și perioada de repetiție a impulsurilor canalului pot fi relativ lungi, ceea ce reduce semnificativ banda de frecvență necesară.

Cu TDM, pot fi utilizate diferite tipuri de modulare a canalului pentru a potrivi mesajul cu canalul de comunicație.

Dezavantajele VRM includ 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.

Metode de separare a canalelor: spațială, liniară (frecvență, timp), formă. Condiția de separare a canalului liniar.

În sistemele multicanal, toate căile de semnal trebuie să fie separate într-un fel, astfel încât semnalul fiecărei surse să poată ajunge la receptorul corespunzător. Această procedură se numește separarea canalelor sau separarea semnalelor de canal.

Multiplexarea(ing. MUX) - o procedură pentru combinarea (multiplexarea) semnalelor de canal în MRP.

Procedura inversă de multiplexare este legată de împărțirea canalelor - demultiplexarea(DMX în engleză sau DeMUX).

MUX + DMX = MULDEX - "Muldex"

Clasificarea metodelor de separare a canalelor

Toate folosite metode de separare a canalelor pot fi clasificate în liniarși neliniară(Vezi figura).

Figura - Clasificarea metodelor de separare a canalelor

În IMM-uri se disting următoarele metode de separare a canalelor:

- spațial (schematic);

- liniar: frecvență - FDK, timp - FDK, separarea canalelor după formă - RKF;

- neliniar: reductibil la liniar și majoritar.

Separarea spațială.

Acesta este cel mai simplu tip de separare, în care o linie de comunicație individuală este atribuită fiecărui canal:

Figura - ISP cu separare spațială a canalelor

AI este o sursă de informații

PI - receptor de informații

LAN - linie de comunicare

Alte forme de separare a canalelor implică transmiterea mesajelor pe o singură linie de comunicație. În acest sens, se mai numește și transmisia multicanal etanșarea canalului.

Diagrama bloc generalizată a unui MSP cu separare liniară a semnalelor de canal

M i - modulatorul canalului i

P i - multiplicatorul canalului i

Și i este integratorul canalului i

D i - modulatorul canalului i

SS - transmisie semnal de sincronizare laterală

PS - receptorul semnalului de sincronizare pe partea de recepție

LAN - linie de comunicare

Pe partea de transmisie, semnalele primare C 1 (t), C 2 (t), ..., C N (t) ajunge la intrare M 1, M 2, ..., M N, la cealaltă intrare de la generatoarele de purtători sosesc purtători liniar independenți sau ortogonali ψ 1 (t), ψ 2 (t), ..., ψ N (t) transferul semnalelor primare către semnalele canalului S1 (t), S2 (t), .., S N (t)... Apoi semnalele de canal sunt însumate și se formează un semnal multicanal de grup. S gr (t).

Pe partea de primire semnal de grup S "gr (t), care s-a modificat sub influența diferitelor tipuri de interferențe și distorsiuni n (t), este alimentat multiplicatorilor P 1, P 2, ..., P N, deasupra intrării căreia purtătorii provin de la generatorii vectorilor ψ 1 (t), ψ 2 (t), ..., ψ N (t)... Rezultatele înmulțirii sunt trimise integratorilor Și 1, Și 2, ... și N, la ieșirea căreia se obțin semnale de canal ținând cont de zgomot și distorsiune, S „1 (t), S” 2 (t), ..., S „N (t). Apoi semnalele canalului sunt transmise D 1, D 2, ..., D n care convertesc semnalele de canal în semnale primare, ținând cont de interferență și distorsiune С "1 (t), С" 2 (t), ..., С "N (t).

Funcționarea sistemului de transmisie este posibilă cu un efect sincron (și uneori în fază) al purtătorilor asupra dispozitivelor de conversie M în transmisie și multiplicare P în recepție. Pentru a face acest lucru, pe partea de transmisie, un semnal de sincronizare (SS) este introdus în semnalul de bandă de bază, iar pe partea de recepție, acesta este separat de semnalul de bandă de bază de către receptorul de semnal de sincronizare (SS).

Sisteme de telecomunicații multicanal cu multiplexare prin diviziune de frecvență. Metode de formare a semnalelor de canal.

Sistem de telecomunicații multiplexarea prin diviziune în frecvență se numește un sistem în traseul liniar al căruia pentru transmiterea semnalelor de canal sunt alocate benzi de frecvență care nu se suprapun.

Să luăm în considerare principiul divizării în frecvență a canalelor, folosind schema sistemului N-canal și planurile de frecvență în punctele sale caracteristice.

Figura - Diagrama structurală a unui MRP cu canal N cu un convertor de frecvență

Oscilații armonice cu frecvente diferite f 1, f 2, ... f n(fluctuații ale transportatorului):

ψ i(t) = S i

Semnalele de canal sunt formate ca rezultat al modulării unuia dintre parametrii purtătorilor cu semnale primare C i (t)... Se aplica amplitudine, frecvențăși fază modulare. Frecvențele oscilațiilor purtătoarei sunt alese astfel încât spectrele semnalelor canalului S 1 (t)și S 2 (t) nu s-au suprapus ... Semnal de grup S gr (t) primite în linia de comunicație este suma semnalelor canalului

S gr(t) = S 1 (t) + S 2 (t) + ...+ S n(t)

Când se transmite pe o cale liniară, semnalul S gr(t) suferă distorsiuni liniare și neliniare și interferența n (t) i se suprapune, astfel, un semnal distorsionat ajunge la partea de recepție .

În partea de recepție, semnalele de canal sunt separate folosind filtre trece-bandă de canal KPF-1, KPF-2, KPF-n, adică. de la semnalul de grup extrage semnalele canalului .

Semnalele primare sunt restabilite de către demodulatoarele D 1, D 2, ... D n folosind frecvențe egale cu frecvențele purtătorilor din transmisie.

Planuri de frecvență în punctele sale caracteristice (vezi diagrama)

În FDC, poziția dominantă este ocupată de modulația AM-SSB, deoarece este cea mai compromisă.

Figura - Variante ale benzii de filtrare pentru AM-SSB

Formarea semnalului AM-SSB în tehnologia comunicațiilor se realizează în două moduri:

1) Metoda de filtrare

2) Metoda diferenței de fază

Metoda filtrului este folosită mai des în tehnologia MRP, în timp ce metoda diferențelor de fază este de obicei folosită în sistemele de transmisie cu canale joase.

Metoda de filtrare

Pe partea de transmisie

Exemplu:

Spectru de semnal 0,3 - 3,4 kHz. Determinați rezultatul AM-SSB, dacă este utilizat purtătorul oscilație armonică cu o frecvență de 100 kHz.

Pe partea de primire

Notă: Instabilitatea de frecvență (nepotrivire) între echipament generator laturile de transmisie și recepție pentru grupul primar al semnalului (12x CTCH) nu trebuie să depășească 1,5 Hz.

Metoda diferenței de fază

Principiul de funcționare: circuitul este format din doua brate, conectate la intrare si iesire prin intermediul unor dispozitive de decuplare (RU). Modulatorului (M2) al unui braț, semnalul inițial și frecvența purtătoare sunt furnizate defazate cu π / 2 în raport cu semnalul și frecvența purtătoare furnizate modulatorului (M1) al celuilalt braț. Ca rezultat, doar o bandă laterală va oscila la ieșirea circuitului. Contururile de fază (ФК 1, ФК ФК 2) oferă o schimbare de fază de π / 2.

Condiție de separare a semnalelor de canalîn IMM-urile cu CHRK este lor ortogonalitatea, adică

Unde spectrul de energie al semnalului canalului i;

limitele benzii de frecvență alocate pe calea liniară pentru semnalul canalului i-lea.

Lățimea spectrului de frecvență a semnalului de grup D f S este determinat de numărul de canale din sistemul de transmisie (N); lățimea de bandă a semnalelor de canal D f i, precum și caracteristicile de frecvență ale atenuării filtrelor crossover de trecere a benzii de canal KPF-1, KPF-2, KPF-n.

Filtrele crossover asigură o atenuare joasă a benzii de trecere ( aprilie) și cantitatea necesară de atenuare în intervalul de retenție efectivă ( apod). Între aceste benzi se află benzile de filtrare ale filtrelor încrucișate. Prin urmare, semnalele canalului trebuie separate prin goluri de gardă (D fz), ale căror valori nu trebuie să fie mai mici decât benzile de filtrare.

Prin urmare, lățimea semnalului de grup poate fi determinat prin formula

D f gr= N× (D fi+ D f s)

deoarece atenuarea filtrelor încrucișate în banda de oprire este finită ( apod), atunci separarea completă a semnalelor de canal este imposibilă. Ca rezultat, diafonie între canale.

În IMM-urile moderne de comunicații telefonice, fiecărui KTCH îi este alocată o bandă de frecvență de 4 kHz, deși spectrul de frecvență al transmisiei semnale sonore limitat la o bandă de la 300 la 3400 Hz, adică lățimea spectrului este de 3,1 kHz. Între benzile de frecvență ale canalelor adiacente sunt prevăzute intervale de 0,9 kHz, concepute pentru a reduce nivelul de interferență reciprocă la filtrarea semnalelor. Aceasta înseamnă că în sistemele de comunicații multicanal cu semnale de divizare a frecvenței, doar aproximativ 80% din lățimea de bandă a liniei de comunicație este utilizată eficient. În plus, este necesar să se asigure un grad ridicat de liniaritate a întregului traseu al semnalului de grup.

Figura - Schema bloc a echipamentului de formare

Tema 5. Metode de împărțire a canalelor

5.1 Metode de separare a canalelor: spațială, liniară (frecvență, temporală), în formă. Condiția de separare a canalului liniar. Semnale purtătoare și modularea parametrilor acestora.

5.2 Sisteme de telecomunicații multicanal cu diviziunea în frecvență a canalelor. Metode de formare a semnalelor de canal.

5.3 Sisteme de telecomunicații multicanal cu împărțire în timp a canalelor. Analiza comparativa metode de modulare a impulsurilor analogice.

Sisteme de transmisie multiplex cu diviziune în timp.

Construcția sistemelor de transmisie cu multiplexare pe diviziune în timp (TDM) Esența separării în timp a canalelor, schema bloc a unui SP cu un TDM. teorema lui Kotelnikov. Tipuri de modulație a impulsurilor. Analiza comparativă a tipurilor de modulație a impulsurilor și domeniul lor de aplicare.

Ideea diviziunii în timp a canalelor este aceea că elementele semnalului primar aparținând canalului i-lea sunt transmise în intervale de timp nesuprapuse, fără semnale de la alte canale de-a lungul unei linii comune.

În cea mai mare parte, semnalele primare sunt analogice (continue), iar ideea FDC 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 citirilor sale (valori instantanee), luate pe un interval de timp:

T D = 1/F D , F D ≥ 2F B .

Fiecărui semnal i se atribuie propriul interval de timp.

Operațiunea de eșantionare se realizează folosind chei electronice de canal

Orez. 8.1. Schema bloc a unui sistem de transmisie multiplex cu diviziune în timp

Interval de timp dintre cele mai apropiate impulsuri ale semnalului de grup T K numit 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- numarul de semnale informative, n- numărul de semnale de serviciu (impulsuri de sincronizare - IS, comunicare de serviciu, control și apeluri). Apoi valoarea intervalului de timp:

Δt K = T D / N gr .

Figura 8.2. La explicația metodei de împărțire în timp a canalelor.

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

1.AIM - modulare puls-amplitudine;

2. PWM - modulația lățimii impulsului;

3.FIM – modulație fază-impuls;

4.PHIM - Modularea Frecvenței Pulsului.

Cu AIM, secvența periodică a impulsurilor se modifică în funcție de modificarea semnalului de modulare. Distingeți (AIM -1) modulația de amplitudine a impulsurilor de primul tip (în care vârfurile impulsurilor se modifică în funcție de semnalul de modulare) Cu ( AIM -2) modulație de amplitudine de al doilea fel, partea superioară a impulsurilor este plată și este egală cu amplitudinea pulsului în momentul discriminării. Când raportul de impuls este mai mare de zece, diferențele dintre AIM-1 și AIM-2 dispar. Modulația PAM este ușor de implementat, dar are imunitate scăzută la zgomot, deoarece orice interferență modifică amplitudinea pulsului și distorsionează forma semnalului reconstruit.PIM este de obicei folosit ca formă intermediară de modulație la conversia unui semnal analogic într-unul 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 unilateral (OWM), modificarea duratei are loc numai prin deplasare

unul dintre fețele 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 MSP-urile de comunicație radio cu impulsuri, precum și în unele sisteme de telemetrie radio, sisteme de telecontrol și telemecanică.

PPM este un tip de modulare a impulsului de timp.

Există mai multe tipuri de FIM

PPM de primul fel CU acesta, 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 FIM-2. Cu valori negative ale semnalului de modulare, impulsurile sunt deplasate la stânga și cu valori pozitive la dreapta.

În echipamentele cu un VRM și metode de modulare analogică, PPM a primit cea mai mare aplicație, deoarece atunci când este utilizat, este posibil să se reducă efectul de interferență al zgomotului aditiv și al interferenței prin limitarea în două sensuri a impulsurilor în amplitudine și, de asemenea, să se potrivească optim. durata constantă a impulsului cu lățimea de bandă a canalului. În sistemele de transmisie cu VRK 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 lui Kotelnikov?

2.De ce teorema lui Kotel'nikov se aplică numai la semnale continue cu un spectru limitat?

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

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

5. Modulația FIM, cum să implementați avantajele și dezavantajele?

6. Desemnarea filtrelor trece-jos incluse la intrarea modulatoarelor de amplitudine puls de canal.

7. Desemnarea filtrelor trece-jos incluse la ieșirea selectoarelor de canal.

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

Cursul 6 Metode de împărțire a codurilor a canalelor

(multiplexare și acces multiplu); P principiu și caracteristica principală CDMA ; răspândirea directă a spectrului; m nogochannel lărgirea spectrului; lărgirea spectrului prin salt de frecvență; lărgirea spectrului prin salt de frecvență; Pprocedura de trecere a datelor de vorbire într-o stație mobilă înainte de a le trimite în emisie; eh voința sistemelor 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 zonă a spațiului. În conformitate cu aceasta, se disting patru tipuri de resurse de canal: frecvență, timp, energie și spațială.

Problemă utilizare eficientă resursă canal comun agravată din cauza necesității de a asigura comunicarea în condițiile unor cerințe inegale și imprevizibile ale consumatorilor în timp. La hotărâre acest problemele aplică metode de multiplexare și acces multiplu. Conceptele de „multiplexare” și „acces multiplu” sunt similare prin aceea că implică alocarea unei resurse între utilizatori. În același timp, există diferențe semnificative între ele. La multiplexarearesursa canalului de comunicare este alocată prinechipamente terminale generale formare semnal de grup S Σ (t). La acces multiplu, S Σ (t) format ca urmareadăugare de semnaleutilizatorii directîn canal (Fig. 6 .1 ). În această figurăIS - sursa mesajului, TX - emițător, RX - receptor, PS - destinatarul mesajului). Accesul multiplu este tipic pentru canale prin satelit, canale radio, canale comunicatii mobile.

Figura 6.1 - Sistem de transmisie cu acces multiplu

M ultiplexarea se bazează pe hardware comun, A accesul multiplu (MD) folosește anumite proceduri (protocoale) implementate de software stocat în memoria fiecărui terminal. Smochin unke 6. 2 prezintă metode de multiplexare.

În cele mai multe cazuri, pentrumultiplexareacanal, un semnal special numit canal este alocat sursei mesajului. Semnalele de canal modulate prin mesaj sunt combinate pentru a forma un semnal în bandă de bază S gr (t) ... Dacă operația de unire este liniară, atunci S gr (t) = 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 multiplexări combinate, semnalul în bandă de bază este generat 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. Sunt utilizate patru frecvențe pentru a transmite cele patru combinații de simboluri ale celor două canale: f 1 - 00, f 2 - 01, f 3 - 10, f 4 - 11.

Separator de semnal de grup liniar 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 realiza această separare ideală, este necesar și suficient ca semnalele de canal modulate să constituie un ansamblu de semnale liniar independente. Ansamblurile de semnale ortogonale sunt de obicei utilizate ca astfel de semnale.

În clasa de multiplexare liniară, în funcție de forma caracteristicii distinctive a semnalului canalului, diviziunea în timp a canalelor (TDM), separarea frecvenței (FDM) și separarea canalelor în funcție de forma de undă, numită multiplexare prin diviziune de cod (QDC), se disting. În locul termenului „separare”, este folosit și termenul „compactare”. Cu FDC, banda de frecvență a canalului comunΔ f se împarte în mai multe benzi mai îngusteΔ f i , fiecare dintre acestea formând un canal IS. Cu VRK, întreaga bandăΔ f furnizate alternativ la intervale regulate diverse surse pentru a transfera mesaje. Cu QKD, nu există o divizare a canalului comun între circuite integrate, fie 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 variante de combinare a acestor metode. Deci, în comunicațiile mobile, ca metodăacces multipluCombinațiile de CHRK și VRK, VRK și KKK sunt utilizate pe scară largă. În prima combinație, fiecare canal de frecvență este furnizat mai multor utilizatori pentru anumite perioade de timp. Cu a doua combinație în banda de frecvențăΔ f 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 predeterminat între sursele de mesaje. O astfel de etanșare se numește etanșare cu canal fix. Corespondența sistem multicanal transmisia se va numi și sistem cucanale fixe... O astfel de organizare a transmisiei de informații multicanal este de asemenea posibilă, 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 nealocate, este necesar să se transmită cumva informațiile de adresă către partea de recepție.

Concepte de bază și definiții introduse pentru multicanal sistemele sunt aplicabile sistemeloracces multiplu(MD) ... Până în prezent, au fost studiate și propuse un număr mare de metode MD diferite. Ele diferă prin modul în care este alocată resursa colectivă a canalului (fixă sau dinamică), natura proceselor decizionale (centralizate sau distribuite) și gradul de adaptare a modului de acces 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 MD existente pot fi grupate și metoda de gestionare a alocării resurselor canalului comun poate fi selectată ca bază pentru clasificare (Fig. Unok 6.3).

Orez unok 6.3 - Metode de acces multiple

Protocoale de acces aleatoriu.În cazul MD 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, dacă este necesar, poate transmite 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 strategiei de acces aleatoriu: carrier senseless și carrier sense.

Acces aleatoriufără controlul transportatoruluiconstă în faptul că dacă este necesară transmiterea datelor, terminalul utilizatorului începe imediat să transmită pachete. Deoarece pachetele sunt transmise fără sincronizare între ele, ele se pot suprapune, ceea ce provoacă interferențe reciproce. Când apare un astfel de conflict, după cum este evidențiat de semnalul de feedback, terminalele retransmit pachetele corupte. Pentru a evita repetarea coliziunilor, intervalele de timp înainte de începerea retransmisiei la fiecare terminal sunt selectate aleatoriu.

Acces aleatoriucu senzor de purtătorpresupune capacitatea de a controla disponibilitatea transmiterii de informații de către alți corespondenți. În absența transmiterii datelor, sunt disponibile intervale de timp neocupate pentru transmiterea informațiilor lor. În cazul unei coliziuni, utilizatorii întârzie transmiterea pachetelor pentru un interval de timpΔ t ... În prezent, există două variante ale protocolului:persistentă și instabilă... Diferența constă în faptul că, în primul caz, utilizatorii de obiecte mobile, care detectează coliziuni, încep transmisia imediat, iar în al doilea, după un anumit interval de timp.

Protocoale de fixare a resurselor fixefurnizarea canalului distribuție statică resursă canal 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 fixă ​​a resursei canalului nu poate asigura cerințele în schimbare dinamică ale utilizatorilor rețelei, de exemplu. are un control strict.

Metode alocarea resurselor la cererevă permit să scăpați de dezavantajele inerente metodelor de mai sus, dar să vă asumați informații detaliate și clare despre cerințele utilizatorilor rețelei. Prin natura proceselor de luare a deciziilor, metodele de alocare a resurselor la cerere sunt subdivizate încentralizat si distribuite.

Centralizatmetode de alocare a resurselor la cerere, caracterizate prin prezența cererilor de transmitere de la terminalele sursei mesajului. Decizia privind furnizarea resursei se ia de catre statia centrala. Protocoalele corespunzătoare se disting prin prezența canalelor de redundanță alocate rigid fiecărui obiect mobil și prezența unei stații de control centrală. Protocoalele se caracterizează prin valoare ridicata factorul de utilizare a lățimii de bandă a stației de bază, totuși, este critic pentru întreruperi în funcționarea sistemului de control.

Distribuit metodele de atribuire a unei resurse la cerere diferă prin aceea că toți utilizatorii efectuează aceleași operațiuni fără a recurge la ajutorul unei stații centrale și folosesc un informatii de serviciu schimbate între ele. Toți algoritmii de control distribuit necesită schimbul de informații de control între utilizatori. Protocoalele se caracterizează prin atribuirea rigidă a canalelor de rezervare obiectului în mișcare. În același timp, fiecare obiect are un tabel pentru alocarea canalelor de solicitare, prin urmare, orice obiect mobil are în orice moment informații despre starea întregii rețele.

Combinate metode sunt combinații de metode anterioare de alocare a resurselor și implementează strategii în care alegerea metodei este adaptativă utilizatori diferiți pentru a obține caracteristici ale resursei canalului utilizate aproape de optim. Ca criteriu de optimitate, de regulă, se ia factorul de utilizare a lățimii de bandă a 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 indicat să aveți întregul set de metode și să efectuați o tranziție adaptativă de la o metodă la alta în anumite schimbări ale condițiilor de muncă.

6.2 Principiu și caracteristica principală CDMA

Popular n Principiul de funcționare a sistemelor de comunicații celulare (CCS) cu multiplexare prin diviziune de cod poate fi explicat după cum urmează sunt un exemplu ohm ... Să presupunem că stai înăuntrusala de așteptare a stației... La fiecare cameo sunt doi oameni. Un cuplu vorbește unul cu celălalt în limba engleză, celălalt în rusă, al treilea în germană etc. Astfel, în sală toți vorbesc în același timp v un interval de frecvență (vorbire de la 3 kHz la 20 kHz), în timp ce vorbești 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 (BSS), a căror lățime de bandă depășește semnificativ lățimea de bandă necesară pentru transmisia convențională a mesajelor, de exemplu, în sistemele de multiplexare prin diviziune de frecvență în bandă îngustă (FDMA). Caracteristica principală a NLS este baza semnal, definit ca produsul lățimii sale spectrului F pe durata ei T:

B = F * T

Ca urmare a înmulțirii semnalului sursei de zgomot pseudoaleatoare cu semnalul de informație, energia acestuia din urmă este distribuită pe o bandă largă de frecvență, adică spectrul său este extins. În dispozitivele radio construite X Tehnologia Spread Spectrum(spectru distribuit),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 un mesaj. Dispozitivele cu PN diferite nu se „aud” de fapt. Deoarece puterea semnalului este distribuită pe o lățime de 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 frecvența. banda alocata pentru transmiterea informatiilor. Pentru orice raport semnal-zgomot dat, se obține o rată scăzută de eroare de transmisie prin creșterea lățimii de bandă alocată pentru transmiterea informațiilor.

În sistemele de comunicații digitale care transmit informații sub formă caractere binare, durata NLS T și rata de mesaje CU 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 = 1 / t 0 și B = T / t 0 = F / Δ f (Δ f - lăţimea spectrului semnal informativ).

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

1. răspândirea directă a spectrului de frecvență ( DSSS-CDMA);
2. spectru de răspândire multicanal(MC-CDMA)
3. o schimbare cu sărituri în frecvența purtătoarei ( FHSS-CDMA).

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

Canalele de trafic cu această metodă de împărțire a mediului creează aplicații mânca semnal radio modulat în bandă largă - zgomotos semnal transmis către un canal comun altor transmițătoare similare într-un singur domeniu larg de frecvență. Ca urmare a funcționării mai multor transmițătoare, aerul din acest interval de frecvență devine și mai asemănător cu zgomotul. Fiecare transmițător modulează semnalul utilizând cel alocat acest moment fiecare utilizator are un număr separat cod , un receptor reglat la un cod similar, tu se împarte de semnalul radio total a piesa care este destinata acestui receptor. Lipsește în mod explicit temporare sau frecvente împărțirea canalelor, fiecare abonat folosește în mod constant întreaga lățime a canalului, transmitând un semnal într-o gamă de frecvență comună și primind un semnal dintr-o gamă de frecvență comună. în care canale de bandă largă recepția și transmisia sunt pe game de frecvență diferite și nu interferează una cu cealaltă. Lățimea de bandă a unui canal este foarte largă, conversatii abonații se suprapun unul pe altul, dar din moment ce codurile lor de modulare a semnalului sunt diferite, ele pot fi diferențiate prin hardware-ul și software-ul receptorului.

Tehnica lărgirea spectruluivă permite să creșteți debitul menținând aceeași putere 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 T b combinate folosind operația SAU(adăugat modulo 2)cu un cod de semnal, a cărui lățime a impulsului este T c (lățimea lățimea de bandăproporţional 1 / Т, unde Т - timp de transmisie de un bit), prin urmare lățimea de bandă a semnalului de date este 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. Magnitudinea T b / T c este baza semnalului și, într-o oarecare măsură, definește limita superioară a numărului de utilizatori suportați de stația de bază. temporar.

Figura 6.4 - Codificarea codului semnal discret(domeniul timpului)

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

Desen 6.5 - Schema bloc codificarea coduluiși spectrul semnalului

Astfel, pentru a schimba faza purtătoarecu schimbare de fazăse folosește un flux de biți rapid. Lățimea de bandă este extinsă artificial prin creșterea ratei de transfer 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 acest caz, banda de frecvență se extinde proporțional. Astfel de secvențe de biți sunt numite asemănător zgomotului sau PN. Aceste secvențe binare sunt generate special astfel încât numărul de zerouri și unități 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” 1 ", duce la completare decorelare 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) sunt transmisi simultan, codificați cu patru defazări diferite ale frecvenței purtătoare. 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 NLS este efectuată de un receptor optim, care pentru un semnal de la podea ness cu parametri cunoscuţi calculează integrala de corelaţie

z = ∫ x (t) u (t) dt,

unde x (t) - semnal de intrare, care este suma semnalului util u (t) și zgomot n (t) (în caz de zgomot alb). Apoi valoarea z este comparat 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 o copie de referință u (t) cu filtrare ulterioară, ceea ce duce la o îmbunătățire a raportului semnal-zgomot la ieșirea corelatorului în V ori în raport cu intrarea.

Câștigul rezultat în raportul semnal-zgomot la ieșirea receptorului este o funcție a raportului lățimii de bandă dintre semnalele de bandă largă și semnalele de bază: cu cât este mai mare răspândirea, cu atât câștigul este mai mare. În domeniul timpului, este o funcție a raportului dintre rata de biți a fluxului digital 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 la un nivel de interferență care depășește nivelul semnalului util cu 18 dB, deoarece procesarea semnalului la ieșirea receptorului necesită ca nivelul semnalului să depășească nivelul de interferență cu doar 3 dB. În condiții reale, nivelul de interferență este mult mai mic. În plus, răspândirea semnalului (până la 1,23 MHz) poate fi privită ca o aplicație a tehnicilor de diversitate a frecvenței de recepție. Propagarea semnalului pe calea radio este supusă decolorării din cauza propagării pe mai multe căi. În domeniul frecvenței, acest fenomen poate fi considerat ca efectul unui filtru notch cu o lățime de bandă notch variabilă (de obicei nu mai mult de 300 kHz). 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 la recuperarea semnalului în receptor.(Figura 6.6). AMPS lățimea de bandă a unui canal 30 kHz, in GSM - 200 kHz).

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

Extrem proprietate utilă Dispozitivele DSSS se datorează nivelului de putere foarte scăzut a lui semnalează că sunt practicnu interferați cu dispozitivele radio convenționale(bandă îngustă de mare putere), deoarece acestea din urmă iau semnalul de bandă largă ca zgomot în intervalul acceptabil. Pe cealaltă parte - dispozitivele convenționale nu interferează cu cele de bandă largă, deoarece semnalele lor de mare putere „zgomot” fiecare numai în propriul său canal îngust și nu pot ascunde complet semnalul de bandă largă. Este ca și cum ar fi cu un creion subțire, dar o scrisoare mare scrisă ar fi umbrită cu un creion îndrăzneț - dacă liniile nu sunt la rând, vom putea citi scrisoarea.

Ca 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 dispozitive de bandă largă „pe deasupra lor”.

Rezumând, putem evidențiați următoarele important proprietățile tehnologiei SHPS, conform macar pentru metoda secvenței directe:

P rezistență la antibiotic;

mic interferențe cu alte dispozitive;

La confidențialitatea transmiterii;

eh economic în producția de masă;

v capacitatea de a reutiliza aceeași porțiune a spectrului.

6.4 Multi-canal lărgirea spectrului MC-CDMA (Multi Carrier)

Aceasta metoda este un subset al DSSS. În 1993, Institutul pentru Tehnologia Comunicațiilor a introdus o nouă schemă de partajare sincronă. Schema propusă combină avantajele DS-CDMA cu multiplexarea eficientă a diviziunii de frecvență ortogonală ( OFDM ). Noua schemă de partajare este denumită CDMA multi-frecvență ( 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. Funcțiile Walsh ortogonale sunt utilizate pentru a genera aceste coduri. Proprietatea cheie a sistemului MC-CDMA este că toate cipurile asociate cu un bit de cod sunt transmiseparalel în subcanale de bandă îngustă, folosind OFDM.

Acest lucru poate fi vizualizat clar luând în considerare această tehnologie bazată pe standardul 802.11(Ethernet radio) ... Să ne imaginăm că întreaga bandă de frecvență „largă” este împărțită într-un anumit număr de subcanale - (conform 802.11 - 11 canale). Fiecare bit de informație transmis se transformă, 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 rezultată este decodificată folosind același algoritm ca și pentru codificare. O altă pereche de receptor-transmițător poate folosi un alt algoritm de codificare-decodare și pot exista mulți astfel de algoritmi diferiți.

Rezultatul evident al utilizării acestei metode este de a proteja informațiile transmise de interceptări (un receptor „străin” folosește un alt algoritm și nu va putea decoda informațiile de la un transmițător altul decât al său). Dar o altă proprietate a metodei descrise s-a dovedit a fi mai importantă. Constă în faptul că, datorită celui de 11 ori concedieri transferul poate fi dispensatsemnal 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 același timp, raportul dintre nivelul semnalului transmis și nivelul este mult redus. zgomot , (adică interferență accidentală sau intenționată), astfel încât semnalul transmis este deja, parcă, nedistins în zgomotul general. Dar datorită redundanței sale de 11 ori, dispozitivul de recepție îl va putea recunoaște în continuare. Acestcam la fel ca scris pe 11 coli același cuvânt și unele cearșafuri s-au dovedit a fi scrise cu o scriere ilizibilă de mână, altele sunt șterse pe jumătate sau pe o bucată de hârtie arsă - dar totuși, în majoritatea cazurilor, vom putea determina care este acest cuvânt comparând toate cele 11 copii.

În această etapă, o lățime de bandă de 1, 25 MHz împărțit în 512 subpurtători. S-a dovedit a fi mai puțin sensibile la problemele de câmp aproape îndepărtat decât sistemele DS-CDMA în timpul testării.

6.5 Răspândirea cu salt de frecvență

Frecvența purtătoarei sari a treia metodă (orez unok 6.7 ), se realizează prin reglarea rapidă a frecvenței de ieșire a sintetizatorului în conformitate cu legea formării unei secvențe pseudoaleatoare (Frecvență CDMA cu spectru răspândit de salt - FHSS-CDMA). Fiecare frecvență purtătoare și benzile laterale asociate trebuie să rămână în lățimea de bandă specificată de FCC(Comisia Federală de Comunicații din SUA)... Numai atunci când destinatarul vizat cunoaște secvența hopurilor de frecvență ale emițătorului, receptorul său poate urmări aceste hopuri de frecvență.

Orez unoc 6.7 - Spectru răspândit cu saltul purtătorului

În codificarea cu salt de frecvență (FHSS), întreaga lățime de bandă alocată pentru transmisii este subdivizată într-un 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 sărituri - 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 comutării, este imposibil să primiți o treaptă de viteză.

Cealaltă pereche emițător-receptor va folosi o secvență diferită de salt de frecvență, 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 propria sa secvență, și s-au înecat unul pe altul. Pentru cazurile în care doi transmițători încearcă să folosească aceeași frecvență în același timp, există un protocol de rezoluție a coliziunilor în care transmițătorul încearcă să retrimită date pe următoarea frecvență în secvență.

6 . 6 Rețele bazate pe CDMA

Istorie și Dispoziții generale

1991 - Proiect de standard IS-95 dezvoltat de Qualcomm.

1993 - Telecommunication Industry Association (TIA - Telecommunication Industry Association) 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 IS-95 pe Bazat pe CDMA.

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

Rețelele și dispozitivele cu acces multiplu Divizia de cod se bazează pe standardele TIA. Acestea sunt în principal standarde:

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 transmisie de date.

Stația de generația a 2-a cdma One a fost implementată pe baza unei serii de standarde. Mai târziu, aceste idei au fost dezvoltate în standardul sistemului de bandă largă de a treia generație CDMA - 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 distanţă; R oaming (național și internațional); următorul apel; P redirecționare apel (fără răspuns, ocupat); apel de conferinta; și Indicator de mesaj de apel în așteptare; mesageria vocală ; T Transmiterea textului și recepția mesajelor.

Arhitectura rețelei

Figura 6.8 prezintă o diagramă bloc generalizată a unei rețele radio mobile celulare CDMA IS-95.

Elementele principale ale acestei rețele (BTS, BSC, MSC, OMC) coincid în compoziție cu elementele utilizate în rețelele celulare cu împărțirea 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 handover soft între stațiile de bază controlate de diferiți controlere (BSC), sunt introduse linii de transmisie între SU ​​și BSC (Inter BSC Soft handover). În centrul de comutare mobil (MSC), a fost adăugat un transcoder (TCE - Transcoder Equipment), care convertește mostre de vorbire, format de date dintr-unul format digital in alt.

Sistemul CDMA de la Qualcomm este proiectat să funcționeze în intervalul de frecvență de 800 MHz. Ea construit după metoda expansiune directă spectrul de frecvențe bazat 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 biți/s (9600 biți/s în canal). Moduri posibile de operare la viteze de 4800, 2400, 1200 biți/s.

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

Orez unok 6.8 - Arhitectura de rețea CDMA

Modul soft „handoff” are loc prin controlul unei stații 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 alegere a celui mai bun cadru duce la faptul că semnalul rezultat poate fi generat în procesul de comutare continuă și „lipire” 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 se numesc Forward. Canalele pentru ca stația de bază să primească informații de pe mobil se numesc Reverse. Pentru canalul de întoarcere, IS-95 definește banda de frecvență de la 824 la 849 MHz. Pentru canalul înainte - 869-894 MHz. Canalele înainte și retur 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 conexiunii directe este de 128 de conexiuni telefonice cu o rată de trafic de 9,6 Kbps. Compoziția canalului în CDMA în standardul IS-95 este afișată în orez unke 6.9.

În standard IS-95 folosește diferite tipuri de modulație pentru canalele înainte și invers. V canal direct stația de bază transmite simultan date pentru toți utilizatorii din celulă, folosind separarea canalelor diverse coduri pentru fiecare utilizator. Se transmite și semnalul pilot, are un nivel de putere mai mare, permițând utilizatorilor să se sincronizeze ation.

Orez unok 6.9 - Trafic CDMA și canale de control

În direcția opusă, stațiile mobile răspund asincron (fără a utiliza un semnal pilot), nivelul de putere care ajunge la stația de bază de la fiecare stație mobilă fiind același. 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 împrăștiat prin multiplicare 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 th datele sale vor fi separate de datele celorlalți abonați. Ortogonalitatea PRS 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, sistemul transmite un semnal pilot (cod) astfel încât terminalul mobil să poată controla caracteristicile canalului, să primească marcaje temporale, oferind sincronizare de fază pentru o detecție coerentă. Pentru sincronizarea rețelei globale, sistemul folosește și etichete radio GPS.(Global Position System) sateliți.

Compoziția canalelor directe

Canalul pilot este proiectat 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 pilot, precum și faza de secvență pseudo-aleatorie a stației de bază. Canalul de sincronizare transmite semnale de sincronizare terminale mobile cu o viteză de 1200 baud.

Canal de difuzare mesaje 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 configurarea conexiunii și alocarea canalului de comunicație sunt transmise stației mobile prin canalul de apel difuzat. Funcționează la 9600, 4800, 2400 baud.

Forward Traffic Channel (FTCH) este destinat transmiterii de mesaje vocale și de date, precum și informatii de management de la stația de bază la mobil; transferă orice date de utilizator.

Pentru a furniza servicii de comunicații diferite în CDMA, sunt utilizate două tipuri de canale. Primul se numește principal, iar al doilea se numește suplimentar. Serviciile furnizate prin această pereche de canale depind de schema de comunicare. Canalele pot fi adaptate pentru un anumit tip de serviciu și pot funcționa cu diferite dimensiuni de cadre folosind orice valoare de viteză din două serii de viteză: RS-1 (1200, 2400, 4800 și 9600 bps) sau RS-2 (1800, 3600, 7200 și 14400). bps). Detectarea și selectarea vitezei de recepție se realizează automat.

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

1. Primului canal i se atribuie primul cod Walsh (W0), care corespunde canalului pilot;
2. codul Walsh de treizeci de secunde (W32) este atribuit următorului canal, următoarele șapte canale li se atribuie, de asemenea, propriile secvențe Walsh (W1, W2, W3, W4, W5, W6, W7) cărora le corespund canalele de paginare;
3. 55 de canale sunt destinate transmiterii de date prin canalul de trafic direct.

Orez unok 6.10 - Structura canalului direct

Compoziția canalelor de retur

Canalul de acces (ACH) permite stației mobile să comunice cu stația de bază atunci când stația mobilă nu folosește încă canalul de trafic. Canalul de acces este utilizat pentru a stabili apeluri și răspunsuri, comenzi și cereri de înregistrare în rețea. Canalele de acces sunt combinate (combinate) cu canalele de apel.

Canalul de trafic invers (RTCH) transportă mesaje vocale și informații de control de la o stație mobilă la o stație 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
Instabilitatea relativă a transportatorului BTS	+/- 5*10 -8
Instabilitate relativă a frecvenței purtătoare MS	+/- 2,5*10 -6
Tip de modulație purtătoare	QPSK (BTS), O-QPSK (MS)
Lățimea spectrului semnalului emis:- 3 dB 40 dB	1,25 MHz 1,50 MHz
Frecvența de ceas a lățimii de bandă de memorie a funcției 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 baudîn canale: - sincronizare În canalul de apel și acces personal În canalele de comunicare	1200 bps 9600, 4800 bps 9600, 4800, 2400, 1200 bps
Codare BTS	Cod convoluțional R = 1/2, K = 9
Codare MS	Cod convoluțional R = 1/3, K = 9
Raportul de energie pe biți de informații necesar pentru recepție	6-7 dB
Puterea radiată efectivă maximă BTS	50 de wați
Puterea radiată efectivă maximă MS	6,3 - 1,0 W

6.7 Ordinea de trecere a datelor vocale într-o stație mobilă înainte de a le trimite în emisiune

R considera diagramă bloc canal de trafic de întoarcere(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 semnal de vorbire digitizate și comprimate folosind algoritmul CELP.

Principiul este următorul. Fluxul de date este scris în matrice rând cu rând. Odată ce matricea este plină, începeți da-i lui cha pe coloane. În consecință, atunci când mai multe biți de informații sunt distorsionate în aer la rând, la primirea unei explozii de erori, trecând prin matrice inversă, este convertit în erori individuale.

Figura 6.11 - Diagrama structurală a canal de trafic de întoarcere

4. În continuare, semnalul intră în unitatea de codificare (din interceptări) - pe informații se suprapune o mască (secvență) cu o lungime de 42 de biți. Această mască este clasificată. Cu interceptarea neautorizată a datelor în aer, este imposibil să decodați semnalul fără a cunoaște masca. Metoda de enumerare a tuturor valorilor posibile nu este eficientă deoarece atunci când generați această mască, iterând peste toate valorile posibile, va trebui să generați 8, 7 trilioane de măști pe 42 de biți.

5. Bloc pentru înmulțire prin cod Walsh - fluxul de date digitale este înmulțit cu o secvență de biți generată de funcția Walsh.

În această etapă a codării semnalului, spectrul de frecvență este răspândit, adică. fiecare bit de informație este codificat cu o secvență Walsh de 64 de biți. Acea. debitul de date în canal este crescut de 64 de ori. Prin urmare, în blocul de modulare a semnalului, viteza de manipulare a semnalului crește, deci și lărgirea spectrului de frecvență.

Funcția Walsh este, de asemenea, responsabilă pentru filtrarea informațiilor inutile de la alți abonați. În momentul începerii sesiunii de comunicare, abonatului i se atribuie frecvența la care va opera și unul (din 64 posibil) canal logic, care determină funcția Walsh. În momentul recepției, semnalul conform schemei trece reversul... Semnalul primit este înmulțit cu secvența codului Walsh. Integrala de corelație se calculează din rezultatul înmulțirii.

Dacă pragul Z satisface valoare limită deci 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. Bloc pentru înmulțirea semnalului cu două M-funcții (M1 - 15 biți lungime, M2 - 42 biți lungime) sau se mai numesc PSP-secvențe pseudo-aleatorie - 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 PM4, OFM4.

Beneficiile CDMA

1. Eficiență spectrală ridicată. CDMA vă permite să serviți mai mulți abonați v aceeași bandă de frecvență ca și alte tipuri de separare ( TDMA, FDMA).
2. Alocarea flexibilă a resurselor. Cu divizarea codului, nu există o limitare 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. V Securitate ridicată a canalelor. Este dificil să selectezi canalul dorit fără a-i cunoaște codul din moment ce in Întreaga bandă de frecvență este umplută uniform cu un semnal asemănător zgomotului.
4. Telefoanele CDMA au o putere de radiație de vârf mai mică și, prin urmare, sunt, probabil, mai puțin dăunătoare.

6.8 Evoluția sistemelor celulare folosind tehnologia CDMA

În prezent, echipamentul standardului CDMA este cel mai nou și mai scump, dar în același timp cel mai fiabil și mai protejat. Comunitatea Europeană, în cadrul programului de cercetare RACE, dezvoltă un proiect CODIT pentru a crea una dintre opțiuni Sistem universal comunicații mobile (UMTS) pe principiul diviziunii în cod a canalelor folosind semnale de bandă largă cu spectru împrăștiat direct.

Principala diferență a conceptului CODIT va fi utilizarea eficientă și flexibilă a resursei de frecvență. După cum am explicat mai devreme, semnalele CDMA în bandă largă nu sunt în mare parte afectate de interferența în bandă îngustă. Datorită acestei proprietăți, standardul CODIT va folosi suplimentar intervale de gardă între purtători pentru transmiterea datelor.

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

CDMA2000 este standardul 3G în dezvoltarea evolutivă a 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 kbit/s, ceea ce face posibilă furnizarea de servicii Comunicatie vocala, transfer de mesaje scurte, lucru cu prin e-mail, internet, baze de date, transmisie de date și imagini statice.

Trecerea la următoarea fază a CDMA2000 1X EV-DO apare atunci când se utilizează aceeași bandă de frecvență de 1,23 MHz, viteza de transmisie este de până la 2,4 Mbit/s în canalul înainte și de până la 153 kbit/s în invers, ceea ce face ca acest sistem de comunicații să fie conforme cu cerințele 3G și face posibilă furnizarea cea mai largă gamă de servicii, până la transmiterea video în timp real.

Următoarea fază în dezvoltarea standardului în direcția creșterii capacității rețelei și a transmisiei de date este 1XEV-DO Rev A : transfer de date cu o viteză de până la 3,1 Mbit/s către abonat și până la 1,8 Mbit/s - de la abonat. Operatorii vor putea oferi aceleași servicii ca pe baza Rev. 0 și, în plus, transmite voce, date și difuzează prin rețele IP. Există deja mai multe astfel de rețele de operare în lume.

Dezvoltatori hardware Comunicare CDMA a 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 frecventa pentru a crește viteza. De exemplu, combinarea a 15 canale de frecvență (numărul maxim posibil) va permite atingerea unor viteze de 73,5 Mbit/s pentru abonat și 27 Mbit/s pentru abonat. Utilizarea unor astfel de rețele reprezintă performanța îmbunătățită a aplicațiilor sensibile la timp, cum ar fi VoIP , Push to Talk, telefonie video, jocuri de rețea etc.

Componentele principale ale succesului comercial al sistemului CDMA2000 sunt aria mai largă de servicii, calitate superioară vorbire (aproape echivalentă cu sistemele prin cablu), flexibilitate și cost redus al introducerii de noi servicii, imunitate ridicată la zgomot, stabilitatea canalului de comunicație de la interceptare și interceptare.

Puterea radiată scăzută a emițătoarelor radio joacă, de asemenea, un rol important. dispozitivele de abonat... Astfel, 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 se face media în timp în timpul conversației normale - aproximativ 200 mW). În sistemele GSM-1800 - 1 W (într-un impuls, media este puțin mai mică de 100 mW).

Principii de separare canale de măsurare

Dintr-un număr mare principii diferite separarea canalelor în sistemele informaționale de măsurare, se distinge cele mai frecvent utilizate în practică separarea canalelor: multicanal (cablu de fibră optică), frecvență, timp, cod și ortogonal (în comunicare).

Diviziunea în frecvență canalele diferă prin faptul că fiecărui semnal îi este atribuită propria frecvență separată, astfel încât benzile de frecvență ale fiecărui semnal să fie situate în secțiuni de frecvență care nu se suprapun din domeniul de frecvență.

Capacitatea maximă de informare a dispozitivelor de frecvență pt circuite electrice iar filtrele este limitată de un număr relativ mic de alegători de frecvență localizați în intervalul de frecvență de funcționare (de exemplu, într-un canal telefonic), ceea ce este cauzat de dificultățile de implementare a alegătorilor de bandă îngustă. Prin urmare, în dispozitivele de frecvență cu o capacitate de informare relativ mare, fiecărui semnal i se alocă nu o frecvență individuală, ci o combinație de mai multe frecvențe; în acest caz, frecvențele pot fi transmise simultan sau alternativ.

La transmisie simultană frecvențe numărul total de semnale N pentru n posibile frecvenţe şi m frecvențele implicate în formarea unei combinații de coduri,

Dacă două frecvențe transmise simultan participă la fiecare cuvânt de cod, atunci formula este simplificată și numărul de semnale

La trimiterea secvenţială a frecvenţelor, nu se transmite mai mult de o frecvenţă în orice moment. Acest lucru vă permite să reduceți cerințele pentru distorsiunea armonică în canal și echipament la o valoare ușor de atins. Prin urmare, dispozitivele de separare a canalelor de măsurare cu transmisie în serie a frecvențelor sunt utilizate pe scară largă.

În acest caz

Pentru codul folosit la selectarea fiecărui obiect cu două frecvențe, formula este simplificată:

Lățimea de bandă ocupată în canalul de comunicație este limitată în principal de proprietățile selective și stabilitatea alegătorilor și generatorilor de frecvență. Selectoarele de frecvență cu circuite rezonante electrice și filtre trece-bandă sunt utilizate pe scară largă. Pentru a crește factorul de calitate, se folosesc inductori cu miez feromagnetic. Îngustarea benzii alegătorilor de frecvență face posibilă utilizarea mai economică a benzii de frecvență în canalul de comunicație și creșterea imunității la zgomot a IMS. Prin urmare, pentru dezvoltarea în continuare a dispozitivelor de frecvență, sunt de interes selectoare și generatoare de frecvență electromecanice în bandă îngustă, precum și RС- filtre si generatoare cu tehnologie hibridă producție.

Metode de frecvență diviziunile au făcut posibilă crearea unor selectoare simple de frecvență ale instalațiilor care nu necesită surse locale de energie, ceea ce este foarte important pentru instalațiile de control în masă dispersate pe un canal de comunicație: pe conducte, în irigații, la câmpurile petroliere etc.

Diviziunea în timp a canalelor diferă prin aceea că fiecare dintre ele N semnalele transmise, canalul de comunicație este furnizat alternativ (secvențial). În intervalul de timp T 1 se transmite primul semnal, iar în intervalul de timp T i fac semnal... Prin urmare, fiecare semnal are un interval de timp alocat, care nu poate fi ocupat de alte semnale. Separarea semnalelor pe părțile de transmisie și recepție ale canalului de comunicație se realizează sincron și în fază prin acţionarea întrerupătoarelor (distribuitoare). Pentru toate sistemele cu divizare în timp a semnalelor, sincronizarea funcționării supapei este obligatorie.

Elementele releului fără contact cu resurse de acționare nelimitate sau foarte mari ale elementelor releului s-au dovedit a fi recomandabile să folosească modul de funcționare ciclic al dispozitivelor cu o frecvență de ceas stabilă și un ciclu de comutare stabil la frecvență de o fracțiune de secundă. La fel de frecvența ceasuluiîn multe cazuri, a fost utilizată o rețea de alimentare comună de 50 Hz pe partea de transmisie și directă. Acest lucru a facilitat sincronizarea supapelor.

În timpul ciclului de distribuitori în astfel de dispozitive încă utilizate în economia națională, este transmisă o singură comandă pregătitoare pentru a selecta circuitele de ieșire ale obiectului. În trenurile de impulsuri de răspuns în fiecare ciclu, informațiile despre toate TMS sunt transmise prin metoda multicanal. Operatorul, după confirmarea comenzii pregătitoare, transmite comanda executivă. Toate dispozitivele cu divizare în timp utilizează o serie de protecții care măresc dramatic fiabilitatea transmisiei comenzilor. Fiabilitatea transmiterii semnalelor TI și TK crește odată cu repetarea lor ciclică.

Multiplexarea cu diviziune a codului Dispozitivele cu diviziunea codului în timp, numite și dispozitive digitale, posedă avantaje incontestabile, cum ar fi imunitate mai mare la zgomot, cea mai bună utilizare canal de comunicare, mari oportunități unificarea producției de masă și a utilizării într-o mare varietate de condiții, în ciuda mai multor Mai mult componente (piese) din sistem pentru un semnal.

Având în vedere varietatea de principii posibile și utilizate pentru construirea dispozitivelor de cod (digitale), ne limităm la prezentarea unor principii generalizate, simplificate de separare și transmitere a semnalelor de cod în dispozitive multifuncționale.

Dispozitivele de cod (digitale) includ dispozitive cu diviziune în timp a elementelor de semnal, coduri cu două poziții, transmisii de semnal de adresă sau cu o predominanță a transmisiilor de adrese față de cele multicanal.

Rata de transfer de informații în dispozitive poate fi variată în limite largi prin comutarea frecvenței de ceas și este limitată în principal de lățimea de bandă a canalului de comunicație. Rețineți că abilitatea de a schimba viteza de transmisie prin schimbarea frecvenței de ceas este tipică pentru o clasă largă de sisteme digitale. Dispozitive digitale IMS poate opera pe un canal telegrafic și telefonic la o viteză de la 50 la 2000 - 3000 Baud și mai mult.