Cursul 6 Metode de împărțire a codurilor

(multiplexare și acces multiplu); P principiu și principalele caracteristici CDMA ; spectru de răspândire directă; m multicanal extinderea spectrului; extinderea spectrului prin salt de frecvență; extinderea spectrului prin salt de frecvență; Pordinea în care datele vocale trec prin stația mobilă până când sunt trimise în emisiune; uh evoluţia sistemelor de comunicaţii 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, timp, energie și spațială.

Problema utilizării eficiente a resursei canalului comun s-a agravat din cauza necesității de a asigura comunicarea în condiții de neuniformitate și imprevizibilitate a cererilor consumatorilor în timp. La hotărâre acest probleme, multiplexarea și metodele de acces multiplu sunt utilizate. 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 comune, formând semnal de grup S Σ (t). La acces multiplu, S Σ (t) se formează ca urmareadăugare de semnalutilizatorii directîn canal (Figura 6.1 ). In aceasta pozaIS sursa mesajului, PRD - transmițător, PRM - receptor, destinatar mesajului PS). Accesul multiplu este tipic pentru canalele prin satelit, canalele radio și canalele de comunicații mobile.

Figura 6.1 Sistem de transmisie cu acces multiplu

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

În majoritatea cazurilor pentrumultiplexareacanal, sursei mesajului 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) = S Σ (t) . va fi un semnal de grup liniar. De regulă, este format prin însumarea liniară a semnalelor de canal modulate.

Figura 6. 2 - Metode de multiplexare

În așa-numitele sisteme de multiplexare Raman, un semnal de grup este generat printr-o anumită procesare logică (neliniară), în urma căreia fiecare element al semnalului generat afișează informații (o combinație de simboluri) de la toate CI. 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.

Dispozitiv de separare a semnalelor 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 o astfel de 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 folosite ca astfel de semnale.

În clasa multiplexării liniare, pe baza tipului de trăsătură distinctivă a semnalului de canal, se face o distincție între diviziunea în timp a canalelor (TCD), diviziunea de frecvență (FCD) și diviziunea de canale după forma semnalelor, numită diviziune de cod. de canale (CDC). În locul termenului „separare” este folosit și termenul „compactare”. Cu PRK, banda de frecvență a canalului comunΔ f împărțit în mai multe fâșii mai îngusteΔfi , fiecare dintre acestea formând un canal IC. Cu VRK, întreaga bandăΔ f este furnizat alternativ la anumite intervale de timp diverselor surse de transmitere a mesajelor. 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 opțiuni pentru combinarea acestor metode. Deci, în comunicațiile mobile ca metodăacces multipluCombinațiile de PRK 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. Pentru a doua combinație în banda de frecvențăΔ f formează canale de divizare 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. Acest tip de etanșare se numește etanșare cu canal fix. Sistemul de transmisie multicanal corespunzător va fi numit și sistem cucanale fixe. 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. Acest tip de etanșare se numește etanșare cucanale libere. Evident, pentru o separare adecvată a canalelor în sistemele cu canale neatașate, este necesar să se transmită cumva informații de adresă către partea de recepție.

Concepte de bază și definiții introduse pentru multicanal sisteme, sunt aplicabile și pentru sistemeacces multiplu(MD) . Până în prezent, au fost studiate și propuse un număr mare de metode diferite de MD. Ele diferă prin modul în care este alocată resursa canalului colectiv (fixă sau dinamică), natura proceselor decizionale (centralizate sau distribuite) și gradul în care modul de acces se adaptează 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 distribuției resursei canalului comun poate fi selectată ca bază pentru clasificare (Fig. Lecția 6. 3).

Figura 6. 3 - Metode de acces multiple

Protocoale de acces aleatoriu.Cu MD aleatoriu, întreaga resursă de canal 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 rugați să efectueze o anumită secvență de acțiuni pentru a rezolva conflictul. Fiecare utilizator poate transfera date pe canal după cum este necesar, fără a fi nevoit să negocieze în mod explicit cu alți utilizatori. Prezența feedback-ului permite corespondenților care interacționează să controleze trecerea informațiilor transmise.

Există două opțiuni posibile pentru implementarea unei strategii de acces aleatoriu: fără detecție a purtătorului și cu detecție a purtătorului.

Acces aleatoriufără detectarea purtătoruluieste că dacă este necesar să se transmită date, terminalul utilizatorului începe imediat să transmită pachete. Deoarece pachetele sunt transmise fără sincronizare între ele, ele se pot suprapune, ceea ce provoacă interferențe reciproce. Dacă apare un astfel de conflict, confirmat de un semnal de feedback, terminalele repetă transmiterea pachetelor corupte. Pentru a evita reapariția conflictelor, intervalele de timp înainte de începerea retransmisiei la fiecare terminal sunt selectate 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 caz de coliziune, utilizatorii întârzie transmiterea pachetelor pentru o perioadă de timpΔt . În prezent, există două tipuri de protocol:persistentă și nepersistentă. Diferența este că, în primul caz, utilizatorii obiectelor în mișcare, la detectarea coliziunilor, încep transmiterea imediat, iar în al doilea, după un anumit interval de timp.

Protocoale de alocare a resurselor fixecanalele asigură distribuția statică a resursei canalului între utilizatori. Cei mai tipici reprezentanți ai acestui tip de protocoale sunt accesul multiplu cu diviziune în frecvență (FDMA), accesul multiplu cu divizare în timp (TDMA), accesul multiplu cu diviziune în cod (CDMA).

O alocare fixă ​​a unei resurse de canal nu poate îndeplini cerințele în schimbare dinamică ale utilizatorilor de rețea, de ex. are controale stricte.

Metode alocări de resurse la cererevă permit să scăpați de dezavantajele 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 atribuire a unei resurse 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 a furniza o resursă este luată de stația centrală. Protocoalele corespunzătoare se disting prin prezența canalelor de rezervare alocate rigid fiecărui obiect în mișcare și prezența unei stații de control centrală. Protocoalele sunt caracterizate de o rată ridicată de utilizare a capacității stației de bază, dar sunt critice 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 utilizează informații suplimentare de serviciu care sunt schimbate între ei. Toți algoritmii de control distribuit necesită schimbul de informații de control între utilizatori. Protocoalele sunt caracterizate de atribuirea rigidă a canalelor de rezervare unui obiect în mișcare. Mai mult, fiecare obiect are un tabel pentru alocarea canalelor de solicitare, prin urmare, orice obiect aflat în mișcare 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 pentru diferiți utilizatori pentru a obține caracteristici ale resursei canalului utilizate care sunt aproape de optime. De regulă, coeficientul de utilizare a capacității canalului este considerat un criteriu de optimitate. Pe baza protocoalelor de acest tip, parametrii sunt ajustați la situația specifică din rețea.

Astfel, fiecare dintre metodele luate în considerare de distribuire a resurselor are avantaje și dezavantaje. În practică, este recomandabil să aveți întregul set de metode și să efectuați o tranziție adaptativă de la o metodă la alta în anumite schimbări ale condițiilor de funcționare.

Popular Principiul de funcționare a sistemelor de comunicații celulare (CCS) cu diviziunea codului de canale poate fi explicat după cum urmează sunt un exemplu oh . Să presupunem că stai înăuntrusala de așteptare a stației. Fiecare cu un cameo sunt doi oameni. Un cuplu vorbește unul cu celălalt în engleză, altul în rusă, al treilea în germană etc. Deci în hol toți vorbesc în același timp V un interval 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 banda de frecvență necesară pentru transmisia convențională a mesajelor, de exemplu, în sistemele de multiplexare prin diviziune de frecvență în bandă îngustă (FDMA). Principala caracteristică a ShPS este baza semnal, definit ca produsul lățimii spectrului său F pe durata ei T:

B=F*T

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

Metoda de transmisie în bandă largă a fost descrisă în detaliu de K. Shannon, care a introdus conceptul de capacitate a canalului și a stabilit o conexiune între capacitatea de a efectua transmisii fără erori a informațiilor pe un canal cu un raport semnal-zgomot dat și banda de frecventa alocata pentru transmiterea informatiilor. Pentru orice raport semnal-zgomot dat, se obține o rată scăzută de eroare de transmisie prin creșterea lățimii de bandă de frecvență alocată pentru transmiterea informațiilor.

În sistemele de comunicații digitale care transmit informații sub formă de simboluri binare, durata ShPS T și viteza de transmitere a mesajelor CU legate de relație T = 1/C . Prin urmare, baza semnalului B = F/C caracterizează extinderea spectrului ShPS (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 semnalului de informaţie).

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

1. extinderea directă a spectrului de frecvență ( DSSS-CDMA);
2. cu spectru extins multicanal(MC-CDMA)
3. modificare bruscă a frecvenței 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 sunt create de aplicații mânca semnal radio modulat în bandă largă asemănător zgomotului semnal transmis pe 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 folosind un număr numeric separat atribuit în prezent fiecărui utilizator. cod , un receptor configurat la un cod similar, tuîmparte semnalul radio de total acea parte care este destinată acestui receptor. Absent 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 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.

Tehnică extensia spectruluivă permite să creșteți debitul, menținând în același timp aceeași putere a semnalului. Datele transmise sunt combinate cu un semnal pseudo-aleatoriu mai rapid, asemănător unui zgomot, folosind o operație OR pe biți care se exclud reciproc.(xor adiție modulo 2) (Figura 6.4). Semnal de date cu lățimea impulsului Tb combinate folosind operația SAU(adăugat modulo 2)cu un cod de semnal a cărui durată a impulsului este egală cu T c (lățimea lățime de bandăproporţional 1/T, unde T - timp de transmisie de un bit), prin urmare lățimea de bandă a semnalului de date este egală cu 1/ T b , a lăţimea de bandă a semnalului recepţionat este egală cu 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, determină limita superioară a numărului de utilizatori suportați de stația de bază la un moment dat temporar .

Figura 6.4 Codarea semnalului discret (domeniul timpului)

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

Desen 6.5 Diagrama bloc de codare și spectrul semnalului

Astfel, pentru a schimba faza purtătoarecu manipulare de fazăse folosește un flux de biți rapid. Banda 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 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 să conțină un număr aproximativ egal de zerouri și unu. 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 decorelare , deoarece pentru acest bit de informare codul PN este inversat. 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 purtătoare, sunt transmise simultan. Un transmițător cu un cod PN nu poate produce exact aceleași benzi laterale (componente spectrale) ca un alt transmițător care utilizează un cod PN diferit.

Recepția ShPS este efectuată de receptorul optim, care pentru un semnal de la podea ness folosind parametri cunoscuți se calculează integrala de corelație

z =∫ x (t) u (t) dt,

unde x(t) - semnal de intrare, care este suma semnalului util u(t) și zgomot 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 unui semnal de intrare în bandă largă prin înmulțirea acestuia cu o copie de referință u(t) urmată de filtrare, care duce la o îmbunătățire a raportului semnal-zgomot la ieșirea corelatorului înÎN ori în raport cu intrarea.

Câștigul rezultat în raportul semnal-zgomot la ieșirea receptorului este o funcție de raportul dintre lățimile de bandă a semnalului în bandă largă și în bandă de bază: cu cât este mai mare răspândirea spectrului, cu atât câștigul este mai mare. În domeniul timpului, aceasta este o funcție a raportului dintre viteza de transmisie a fluxului digital în canalul radio și rata de transmisie 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, extinderea spectrului de semnal (până la 1,23 MHz) poate fi considerată o aplicare a metodelor de recepție a diversității de frecvență. Un semnal care se propagă pe o cale radio este supus decolorării din cauza naturii cu mai multe căi a propagării. 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 pentru telefoane mobile analogice)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 restabilirea 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 estompării (b) asupra unui semnal de bandă largă.

O caracteristică extrem de utilă a dispozitivelor DSSS este aceea că, datorită nivelului lor foarte scăzut de putere, a lui sunt practicnu interferați cu dispozitivele radio convenționale(putere mare în bandă îngustă), deoarece acestea din urmă preiau semnalul de bandă largă pentru zgomot în limitele acceptabile. Pe cealaltă parte - dispozitivele convenționale nu interferează cu cele de bandă largă, deoarece semnalele lor de mare putere sunt „zgomotoase” doar în propriul lor canal îngust și nu pot îneca întregul semnal de bandă largă. Este ca și cum o scrisoare scrisă cu dimensiuni mari ar fi umbrită cu un creion subțire cu un creion gros - dacă liniile nu sunt pe rând, vom putea citi scrisoarea.

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

Pentru a rezuma, este posibil evidențiați următoarele important proprietățile tehnologiei ShPS, cel puțin pentru metoda secvenței directe:

P imunitate la zgomot;

mic interferențe cu alte dispozitive;

La confidențialitatea transmisiilor;

uh economic în producția de masă;

V Posibilitatea de a reutiliza aceeași parte a spectrului.

6.4 Multicanal extinderea spectrului 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 de frecvență ortogonală ( OFDM ). Noua schemă de partajare este denumită CDMA cu mai multe frecvențe ( MC-CDMA) sau ca OFDM-CDMA , și se caracterizează prin flexibilitate și eficiență ridicate în utilizarea intervalului de frecvență, comparabil cu DS-CDMA.

În sistemul MC-CDMA, biții după codarea canalului sunt convertiți în chipsuri prin multiplicarea cu secvența codului de separare a utilizatorului, ceea ce este necesar pentru a minimiza interferența dintre abonați. Funcțiile Walsh ortogonale sunt folosite 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 ilustrat 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 standardului 802.11 - 11 canale). Fiecare bit de informație transmis este convertit, conform unui anumit algoritm, într-o secvență de 11 biți acești 11 biți sunt transmiși simultan și în paralel, folosind toate cele 11 subcanale; La recepție, secvența de biți recepționată este decodificată folosind același algoritm ca și pentru codificare. O altă pereche receptor-transmițător poate folosi un alt algoritm de codificare-decodare și pot exista o mulțime de algoritmi diferiți.

Rezultatul evident al utilizării acestei metode este protecția informațiilor transmise împotriva interceptării (un receptor „străin” folosește un algoritm diferit și nu va putea decoda informațiile care nu sunt de la emițătorul său). Dar o altă proprietate a metodei descrise s-a dovedit a fi mai importantă. Constă în faptul că datorită celui de 11 ori redundanţă se pot face transferurisemnal de putere foarte scăzută(comparativ cu nivelul de putere a semnalului folosind tehnologia convențională în bandă îngustă),fără a mări dimensiunea antenelor. În acest caz, raportul dintre nivelul semnalului transmis și nivelul de zgomot , (adică interferență aleatoare sau intenționată), astfel încât semnalul transmis este deja imposibil de distins 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 un scris de mână ilizibil, altele au fost șterse pe jumătate sau pe o bucată de hârtie arsă - dar totuși, în cele mai multe cazuri, vom putea determina ce fel de cuvânt este acesta comparând toate cele 11 exemplare.

În această etapă, o bandă de frecvență de 1 este utilizată pentru sistemele MS-CDMA, 25 MHz împărțit în 512 subpurtători. Testele au arătat că acestea sunt mai puțin sensibile la problema aproape de departe decât sistemele DS-CDMA.

6.5 Extinderea spectrului cu salt de frecvență

Frecvența purtătoarei sari a treia metodă (Figura 6.7 ), se realizează prin ajustarea rapidă a frecvenței de ieșire a sintetizatorului în conformitate cu legea de formare a unei secvențe pseudoaleatoare (Frecvență Fără spectru extins CDMA - FHSS-CDMA). Fiecare frecvență purtătoare și benzile sale laterale asociate trebuie să rămână în lățimea de bandă determinată de FCC(Comisia Federală de Comunicații din SUA). Numai dacă destinatarul vizat cunoaște secvența hop de frecvență a emițătorului poate receptorul său să urmărească acele hopuri de frecvență.

Orez Lecția 6.7 - Extinderea spectrului prin saltul de frecvență purtătoare

La codificarea utilizând metoda saltului de frecvență (FHSS), întreaga bandă de frecvență alocată pentru transmisii este împărțită într-un număr de subcanale (conform standardului 802.11, există 79 dintre aceste canale). Fiecare transmițător folosește doar unul dintre aceste subcanale la un moment dat, sărind în mod 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 în conformitate cu o secvență pseudo-aleatorie predeterminată cunoscută de ambii; Este clar că fără a cunoaște secvența comutării, este și imposibil să accepti transmisia.

O altă 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-o zonă de vizibilitate (într-o „celulă”). Este clar că, pe măsură ce numărul transmisiilor simultane crește, 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 blocat reciproc. 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 retrimite datele pe următoarea frecvență din secvență.

6 . 6 Rețele bazate pe CDMA

Istoric și dispoziții generale

1991 - Qualcomm a dezvoltat un proiect de standard IS-95.

1993 - Asociația Industriei de Telecomunicații (TIA Telecommunications Industry Association) a aprobat versiunea de bază a IS-95, iar în iulie 1993, Comisia Federală de Comunicații (FCC) din SUA a recunoscut tehnologia celulară digitală Qualcomm ca fiind standardul IS-95 bazat pe CDMA.

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

Rețelele și dispozitivele cu acces multiplu Divizia de cod se bazează pe standarde dezvoltate de TIA. Practic, acestea sunt standardele:

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

Stație mobilă IS-97 CDMA;stație de bază IS-98 CDMA;

Servicii de date CDMA IS-99.

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

Servicii principale: p transmisie de date și voce la viteze de 9,6 Kbps, 4,8 Kbps, 2,4 Kbps; m apel la distanţă; R ouming (național și internațional); apel în așteptare; P redirecționare apel (dacă nu există răspuns, dacă este ocupat); la apel conferință; Și Indicator de apel în așteptare; mesageria vocală ; T Transmiterea textului și recepția mesajelor.

Arhitectura rețelei

În figura 6.8 Este prezentată o diagramă bloc generalizată a rețelei 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 canale de divizare în timp (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). Centrul de comutare mobilă (MSC) a adăugat un transcoder convertor (TCE Transcoder Equipment), care convertește mostre de semnal vocal, format de date dintr-un format digital în altul.

Sistemul CDMA de la Qualcomm este proiectat să funcționeze în intervalul de frecvență de 800 MHz. Ea construit folosind metoda extinderii directe a spectrului de frecvențe 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 per canal). Modurile de operare sunt posibile la viteze de 4800, 2400, 1200 bps.

Standardul folosește procesarea separată a semnalelor reflectate care sosesc cu întârzieri diferite și adăugarea lor ponderată ulterioară, ceea ce reduce semnificativ impactul negativ al efectului multipath. La procesarea fasciculelor separat în fiecare canal de recepție de pe bază statii Se folosesc 4 corelatoare de lucru paralele, iar pe stația mobilă se folosesc 3 corelatoare. Prezența corelatoarelor de funcționare paralelă face posibilă implementarea unui mod soft de „preluare a releului” atunci când treceți de la celulă la celulă.

Figura 6. 8 - Arhitectura de rețea CDMA

Modul soft „predare” are loc prin controlul unei stații mobile de către două sau mai multe stații de bază. Transcoderul, care face parte din echipamentul principal, evaluează calitatea recepției semnalelor de la două stații de bază secvenţial cadru cu cadru. Procesul de selectare 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 „transmisia releu”.

Trafic și canale de control

În CDMA, canalele de transmisie de la stația de bază la stația mobilă sunt apelate înainte. Canalele pentru ca stația de bază să primească informații de la mobil se numesc invers. Pentru canalul de retur, IS-95 definește o bandă de frecvență de la 824 la 849 MHz. Pentru canalul înainte 869894 MHz. Canalele înainte și retur sunt separate de 45 MHz. Datele utilizatorului sunt împachetate și transmise pe un canal cu o lățime de bandă de 1,2288 Mbit/s. Capacitatea de încărcare a canalului direct 128 conexiuni telefonice cu o viteză de trafic de 9,6 Kbit/s. Compoziția canalelor în CDMA în standardul IS-95 este prezentată în Figura unke 6. 9 .

Standard IS-95 utilizează diferite tipuri de modulație pentru canalele înainte și retur. În canalul direct, stația de bază transmite simultan date către toți utilizatorii din celulă, folosind coduri diferite pentru fiecare utilizator pentru a separa canalele. Se transmite și un semnal pilot și are un nivel de putere mai mare, oferind utilizatorilor posibilitatea de sincronizare acțiuni.

Figura 6. 9 - Trafic și canale de control ale sistemului CDMA

În sens invers, stațiile mobile răspund asincron (fără a utiliza un semnal pilot), iar nivelul de putere care ajunge la stația de bază de la fiecare stație mobilă este același. Acest mod este posibil datorită monitorizării puterii și controlului puterii abonaților mobili prin intermediul canalului de servicii.

Canale directe

Datele de pe canalul de trafic înainte sunt grupate într-un cadru de 20 ms. Datele utilizatorului, după ce au fost pre-codate și formatate, sunt intercalate pentru a ajusta rata curentă de date, care poate varia. Spectrul de semnal este apoi extins prin înmulțirea cu una dintre cele 64 de secvențe pseudo-aleatoare (pe baza funcțiilor Walsh) la o valoare de 1,2288 Mbit/s. Fiecărui abonat mobil i se atribuie un PSP, cu ajutorul căruia th datele sale vor fi separate de datele altor abonați. Ortogonalitatea PRP este asigurată prin codificarea sincronă simultană a tuturor canalelor din celulă (adică, fragmentele utilizate în fiecare moment 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 de la GPS(Global Position System) sateliți.

Compoziția canalelor live

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 Synchronizing Channel) asigură menținerea nivelului 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 o stație mobilă. Număr de canale până la 7 pe celulă. După primirea semnalului de apel, stația mobilă transmite un semnal de confirmare către stația de bază. După aceasta, informații despre stabilirea unei conexiuni și atribuirea unui canal de comunicație sunt transmise stației mobile prin canalul de apel difuzat. Funcționează la 9600, 4800, 2400 baud.

Canalul de trafic înainte (FTCH Forward Traffic Channel) este conceput pentru a transmite mesaje de voce și date, precum și pentru a controla informațiile 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 principalul, iar al doilea se numește suplimentar. Serviciile furnizate prin această pereche de canale depind de designul comunicării. Canalele pot fi adaptate pentru un anumit tip de serviciu și pot funcționa cu dimensiuni diferite de cadre, folosind orice valoare de viteză din două intervale de viteză: RS-1 (1200, 2400, 4800 și 9600 bps) sau RS-2 (1800, 3600, 7200 și 14400 bps). Viteza de recepție este determinată și selectată automat.

Fiecărui canal logic i se atribuie un cod Walsh diferit, așa cum este indicat în orez unke 6. 10 . Pot exista un total de 64 de canale logice într-un canal fizic, deoarece există doar 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 codul Walsh de treizeci de secunde (W32), următorilor șapte canale li se atribuie și propriile secvențe Walsh (W1, W2, W3, W4, W5, W6, W7), care corespund canalelor de apelare;
3. 55 de canale sunt destinate transmiterii de date prin canalul de trafic direct.

Figura 6. 10 - Structura canalului direct

Compoziția canalelor de retur

Canalul de acces (ACH Access Channel) permite stației mobile să comunice cu stația de bază atunci când stația mobilă nu utilizează încă un canal de trafic. Canalul de acces este utilizat pentru a stabili apeluri și a răspunde la mesajele trimise prin Canalul de paginare, comenzi și solicitări de înregistrare în rețea. Canalele de acces sunt combinate (combinate) cu canalele de apel.

Canalul de trafic invers (RTCH Reverse Traffic Channel) asigură transmiterea de mesaje vocale și informații de control de la stația mobilă la stația de bază.

Principalele caracteristici sisteme

6.7 Ordinea în care datele vocale trec prin stația mobilă până când sunt trimise în emisiune

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

1. Semnalul de vorbire intră în codecul de vorbire - în această etapă semnalul de vorbire este digitizat și comprimat folosind algoritmul CELP.

Principiul este acesta. Fluxul de date este scris în matrice rând cu rând. Odată ce matricea este umplută, începeți transmiterea acestuia pe coloane. În consecință, atunci când mai mulți biți de informații sunt distorsionați la rând în aer, la recepție un pachet de erori, care trece prin matricea inversă, este convertit în erori unice.

Figura 6.11 - Diagrama structurală canal de trafic de întoarcere

4. În continuare, semnalul intră în blocul de codificare (din interceptări) - o mască (secvență) de 42 de biți este suprapusă informațiilor. Această mască este secretă. În cazul interceptării neautorizate 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, parcurgând toate valorile posibile, va trebui să generați 8, 7 trilioane de măști pe 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 printr-o secvență construită folosind funcția Walsh, lungă de 64 de biți. Acea. debitul de date în canal crește 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. În momentul începerii sesiunii de comunicare, abonatului i se atribuie frecvența pe care va lucra și unul (din 64 posibil) canal logic, care este determinat de funcția Walsh. În momentul recepției, semnalul trece prin circuit în sens opus. Semnalul primit este înmulțit cu secvența codului Walsh. Pe baza rezultatului înmulțirii, se calculează integrala de corelație.

Dacă pragul Z satisface valoarea limită, atunci semnalul este al nostru. Secvența funcției 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 funcții M (M1 - 15 biți lungime, M2 - 42 biți lungime) sau se mai numesc PSR - secvențe pseudo-aleatorie - blocul este conceput pentru a amesteca semnalul pentru blocul de modulație. Fiecărei frecvențe atribuite îi este atribuită o funcție M diferită.

7. Bloc de modulare a semnalului - standardul CDMA utilizează modulația de fază PM4, OFM4.

Avantajele CDMA

1. Eficiență spectrală ridicată. CDMA vă permite să serviți mai mulți abonați V aceeași bandă de frecvență decât alte tipuri de separare ( TDMA, FDMA).
2. Alocarea flexibilă a resurselor. Cu divizarea codului nu există o limitare strictă a numărului de canale. Pe măsură ce numărul de abonați crește, probabilitatea erorilor de decodare crește treptat, ceea ce duce la o scădere a calității canalului, dar nu la eșecul serviciului.
3. ÎN Securitate ridicată a canalului. Este dificil să selectezi canalul dorit fără a-i cunoaște codul, din moment ce în Toată această bandă de frecvență este umplută uniform cu un semnal asemănător zgomotului.
4. Telefoanele CDMA au o putere de emisie de vârf mai mică și, prin urmare, pot fi 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 o versiune a Sistemului Universal de Telecomunicații Mobile (UMTS) bazată pe principiul diviziunii codului folosind semnale cu spectru împrăștiat direct în bandă largă.

Principala diferență a conceptului CODIT va fi utilizarea eficientă și flexibilă a resurselor 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 în plus 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 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 la viteze de până la 153 kbit/s, ceea ce face posibilă furnizarea de servicii de comunicații vocale, transmitere de mesaje scurte, lucru cu e-mail, internet , baze de date, transmisie de date și imagini statice.

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

Următoarea fază de dezvoltare a standardului în direcția creșterii capacității rețelei și a transmisiei de date este 1XEV-DO Rev A : transmisie de date la viteze 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 și pe Rev. 0 și, în plus, transmite voce, date și difuzează 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 Mbit/s la abonat și 2,4 Mbit/s 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) vă va permite să atingeți viteze de 73,5 Mbit/s la abonat și 27 Mbit/s de la abonat. Aplicarea unor astfel de rețele a îmbunătățit performanța 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 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 și stabilitatea canalului de comunicație de la interceptare și ascultând cu urechea.

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

În secțiunile anterioare ne-am uitat de bază metode de separare a elementelor de semnale complexe, precum și opțiuni posibile pentru construirea sistemelor de control și monitorizare folosind una sau alta metodă.

În cazurile în care există restricții privind timpul de transmitere a mesajelor cu divizare în timp a elementelor de semnal sau numărul de canale de frecvență cu divizare în frecvență este limitat, puteți utiliza un sistem combinat cu diviziunea timp-frecvență a semnalelor (Fig. 2.21).

La fiecare poziție de timp a distribuitorului, transmisia simultană a semnalelor are loc prin toate canalele de frecvență. Dacă numărul de canale este j, j biți de informație sunt transmisi simultan. Numărul total de mesaje binare elementare transmise într-un ciclu (din momentul detectării noutății în starea obiectelor controlate sau sfârșitul introducerii comenzii până la sfârșitul transmisiei) într-un sistem care funcționează pe acest principiu este egal cu produsul dintre numărul de poziții de distribuitor și numărul de canale de frecvență.

În figura prezentată. 2.21 circuitul organizează două canale de frecvență cu frecvențe purtătoare f1 și f2 pentru transmisie Control informație.

Figura 2.21 Separarea timp-frecvență a semnalelor

Când starea oricărui obiect controlat se schimbă, circuitul de detectare a noutății conectat la registrul de stare eliberează distribuitorul punctului A și pornește ambii modulatorii M1 și M2, începând următorul ciclu de transfer de informații. Apariția de frecvențe active sau pasive în linia de comunicație pe fiecare dintre canalele de frecvență duce la lansarea distribuitorului punctului B (elementul SAU deschide tasta &.k). Distribuitoarele, comutând sincron și în fază după poziție, asigură selectarea modului de funcționare al generatoarelor (M1, M2) în funcție de starea elementelor de memorie ale registrului de stare la punctul de transmisie și de selectarea memoriei corespunzătoare. celulele registrului de recepție pentru înregistrarea informațiilor la punctul de recepție. După terminarea părții informaționale a semnalului și trecerea ambelor distribuitoare în poziția n+1 la punctul A, semnul prezenței noutății este resetat (în circuitul de detectare a noutății), ceea ce duce la închiderea & .k, resetarea și oprirea distribuitorului și oprirea modulatoarelor. În punctul B, în același timp, este generat un semnal de permisiune de decriptare. După oprirea modulatoarelor M1 și M2 pe partea de transmisie, semnalele de nivel „zero” sunt instalate la toate ieșirile demodulatoarelor din punctul de recepție, închizând elementul SAU, tasta &.k și blocând distribuitorul.

Diviziunea codificată a semnalelor

Sub diviziunea codificată a semnalelorînțelegeți metoda de împărțire mesajeîn care fiecare mesaj inițial N este asociat cu o combinație binară de n biți specifică transmisă de dispozitive cu separare în frecvență, timp sau timp-frecvență a elementelor acestei combinații. Arată în Fig. Diagramele dispozitivelor 2.19 și 2.20 TU implementează cu precizie principiul de cod al separării comenzilor adresate diferitelor obiecte de control. Sistemele concepute pentru a transmite informații de control pot fi construite folosind același principiu.

Diviziunea în timp a canalelor se bazează pe teorema lui V.A. Kotelnikov că un semnal continuu, al cărui spectru este limitat de frecvența maximă Fc max este complet determinat de probele sale discrete prelevate la intervale de timp

În acest caz, în intervalele dintre probele unui canal, pot fi transmise mostre de semnale de la alte canale. Astfel, semnalele din surse diferite sunt conectate la linia comună unul câte unul, fără a se suprapune (Figura 3.4). Astfel de semnale satisfac condițiile de independență liniară și ortogonalitate.

T D - timpul de eșantionare, T k - timpul canalului, SI - impulsul de sincronizare

Figura 3.4 - Ilustrarea principiului diviziunii în timp a canalelor

Figura 3.5 prezintă o diagramă bloc a unui sistem de măsurare multicanal cu împărțirea în timp a canalelor și o linie de comunicație sub forma unei legături radio. În loc de o legătură radio, în unele cazuri poate fi utilizată o linie de comunicație cu fir.

Pentru a forma canale de măsurare separate, funcționarea dispozitivelor de control (CU) cu elemente cheie (KE) pe părțile de emisie și de recepție trebuie să fie sincronă și în fază. Prin urmare, unul dintre canale este alocat pentru transmiterea unui impuls de ceas, care diferă semnificativ într-unul dintre parametri de impulsurile de informație (eșantioane de semnal) (SI din Figura 3.4 are o amplitudine mai mare decât valoarea maximă a eșantionului semnalului de măsurare) . SI este alocat pe partea de recepție de un selector de impuls de sincronizare (SS) și setează contorul de canal pe partea de recepție la starea inițială de la care începe numărarea canalelor, de exemplu. asigură controlul în fază al unității de control.

Selectorul de impulsuri de canal (CPS) generează un impuls de canal sincron din semnalul de grup recepționat, care ajunge la intrarea de numărare a unității de control și comută contorul de canal la rata de primire a probelor de la canalele vecine.

După cum se poate observa din diagramă, conversia primară a semnalelor de măsurare într-un sistem de control este întotdeauna conversia semnalelor continue în unele discrete, adică eșantionarea. În consecință, în prima etapă de modulare, de regulă, se realizează AIM-1.

D - senzor, KU - dispozitiv cheie, УУ - dispozitiv de control,

M - modulator, G - generator, PR - receptor, DM - demodulator,

UV - dispozitiv de recuperare, RU - dispozitiv de înregistrare,

СС - selector de impuls de sincronizare,

SKI - selector de impuls de canal

Figura 3.5 - Schema bloc a unui sistem de măsurare cu împărțirea în timp a canalelor

Semnalul de grup de la ieșirea comutatorului de canal poate fi supus unei conversii secundare. Dacă lățimea impulsului canalului φ K se modifică proporțional cu semnalul de modulare (semnal senzor), atunci obținem modularea lățimii impulsului (PWM).

Dacă, conform legii modificărilor semnalului senzorului, poziția marginii de conducere a impulsului se modifică în raport cu punctul de referință (de obicei începutul intervalului de canal), atunci obținem modulația timp-puls (TPM).

Semnalul de la ieșirea comutatorului de canal poate fi, de asemenea, convertit într-un semnal digital, adică în cod. În telemetrie, acest tip de conversie se numește modulare cod impuls (PCM).

În a doua etapă de modulare, o secvență de impulsuri care formează semnale cu PWM, PWM sau VIM poate modula purtătorul în amplitudine (AM), frecvență (FM) sau fază (PM).

Curs 4. Avantajele și dezavantajele sistemelor de măsurare multicanal cu diviziune în frecvență și timp a canalelor

Sisteme de măsurare a diviziunii de frecvență

Avantaje

• 1) Transmiterea simultană (paralelă) a semnalelor de la fiecare senzor, independent unul de celălalt. Datorită acestui fapt, nu există practic nicio întârziere în recepția semnalelor de măsurare pe partea de recepție (dacă nu țineți cont de timpul de propagare a semnalului în linia de comunicație, care crește odată cu creșterea intervalului de transmisie).
• 2) „Vitalitatea” sistemului, care este din nou asigurată de transmisia independentă a semnalelor de-a lungul fiecărui canal de măsurare.

Defecte

1) Număr limitat de canale de măsurare.

Neliniaritatea caracteristicilor căii generale de transmisie a semnalului în FSC este cauzată de limitarea numărului maxim de canale care pot fi implementate.

Fie neliniaritatea caracteristicilor traseului general al FSRK să fie descrisă de ecuația neliniară:

U IEȘIRE- semnal de la ieșirea căii de grup, U- semnal la iesirea sumatorului. (Un element neliniar, în special, poate fi un modulator purtător).

Semnal U(t) se formează prin însumarea semnalelor tuturor subpurtătorilor din sumator:

Fie amplitudinile E k =1 pentru toate subpurtătoarele.

Înlocuind (4.2) în (4.1) obținem următoarele componente în semnalul de ieșire:

Vom face un înlocuitor.

Astfel, semnalul de la ieșirea căii de grup și, în consecință, la intrările tuturor filtrelor trece-bandă de separare de pe partea de recepție, conține nu numai componentele semnalului de intrare, ci și un set mare de frecvențe combinate de acest tip. Cu cât numărul de canale este mai mare N, cu cât apar mai multe frecvențe combinate în spectrul semnalului.

Cu un număr mic de canale ( N 6) puteți selecta și frecvențe subpurtătoare F 1 , F 2 ,…, F N astfel încât frecvențele combinate să nu cadă în benzile de trecere ale filtrelor de încrucișare. Pe măsură ce numărul de canale crește, acest lucru nu mai este posibil.

Dacă ne limităm la trei termeni în expresia (4.1), atunci numărul de frecvențe combinate de forma χ 1 ± φ 2 ± φ 3 este egal cu 480 cu numărul de canale N=10 și 1820 la N=15. Aceste frecvențe combinate intră în banda de trecere a filtrelor de trecere de bandă a canalului și creează interferențe numite diafonie. Cu un număr mare de canale, diafonia în natură se apropie de zgomotul de fluctuație. Prin urmare, este necesar să se ocupe de aceste interferențe în aceleași moduri ca atunci când se ocupă de zgomot. Una dintre modalități este utilizarea tipurilor de modulație în bandă largă, adică în subpurtători este necesar să se folosească FM mai degrabă decât AM. Utilizarea FM face posibilă reducerea cerințelor de liniaritate a caracteristicilor căii generale, prin urmare, subpurtătoarele FM sunt utilizate pe scară largă în FMC.

Sisteme de transmisie cu divizare în timp.

Construcția sistemelor de transmisie cu diviziunea în timp a canalelor (TDK) Esența divizării în timp a canalelor, schema bloc a unei asocieri în comun cu TDS. teorema lui Kotelnikov. Tipuri de modulare a impulsurilor. Analiza comparativă a tipurilor de modulație a impulsurilor și domeniul de aplicare a acestora.

Ideea împărțirii în timp a canalelor este aceea că elementele semnalului primar aparținând canalului i sunt transmise în intervale de timp nesuprapuse, fără semnale de la alte canale, pe o linie comună.

În cea mai mare parte, semnalele primare sunt analogice (continue), iar ideea unui semnal digital digital determină necesitatea unei operațiuni de eșantionare.

Această operație este efectuată în conformitate cu teorema lui 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.

Operațiunea de eșantionare se realizează folosind chei electronice de canal

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

Interval de timp dintre impulsurile semnalului de grup cel mai apropiat T K numit interval orar sau interval orar. Din principiul combinării temporare 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 - IC, comunicații de serviciu, control și apeluri). Atunci valoarea intervalului canalului este:

Δt K = T D /N gr .

Fig.8.2. Pentru a explica metoda de împărțire în timp a canalelor.

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

1.PAM - modularea amplitudinii pulsului;

2.PWM - modularea lățimii impulsului;

3.PPM – modularea fază a impulsului;

4.PFM – modularea frecvenței impulsurilor.

Cu AIM, secvența periodică a impulsurilor se modifică în funcție de modificarea semnalului de modulare. semnal de modulare) Cu modulația de amplitudine (AIM -2) de al doilea tip, vârfurile impulsurilor sunt plate și sunt egale cu amplitudinea impulsului 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 reconstruit .

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 datorită mișcării

unul dintre fronturile din față sau din spate. Cu PWM cu două fețe, au loc modificări ale duratei în raport cu punctul de ceas. O metodă de transmisie mai rezistentă la zgomot în comparație cu AIM. Pentru a scăpa de distorsiunile de amplitudine, se folosește un limitator de amplitudine. PWM este utilizat în comunicațiile radio cu impulsuri pentru IMM-uri, 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

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. În mod obișnuit, FIM-2 este utilizat pentru valorile negative ale semnalului de modulare, impulsurile sunt deplasate spre stânga, iar pentru valorile pozitive, spre dreapta.

În echipamentele cu TRC și metode de modulare 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 bilaterală a impulsurilor în amplitudine, precum și potrivirea optimă a duratei constante. a impulsurilor 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 lui Kotelnikov?

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

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

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

5. Modulația PFM, modalități de implementare a avantajelor și dezavantajelor?

6. Scopul filtrelor trece-jos pornite la intrarea modulatoarelor de amplitudine a impulsurilor de canal.

7. Scopul filtrelor trece-jos pornite la ieșirea selectoarelor de canal.

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

Metode de separare a canalelor: spațială, liniară (frecvență, timp), după formă. Condiție pentru separarea canalului liniar.

În sistemele cu mai multe canale, toate căile de semnal trebuie să fie separate într-un fel, astfel încât fiecare semnal sursă să poată ajunge la receptorul corespunzător. Această procedură se numește separarea canalelor sau separarea semnalului canalului.

Multiplexarea(ing. MUX) – o procedură pentru combinarea (comprimarea) semnalelor de canal într-un MSP.

Procedura inversă multiplexării este asociată cu separarea canalelor - demultiplexarea(ing. DMX 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 poza).

Figura - Clasificarea metodelor de separare a canalelor

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

- spațial (schematic);

- liniar: frecvență – PRK, timp – VRK, separarea canalelor după formă – RKF;

- neliniar: reductibil la liniar și majoritar.

Separarea spațială.

Acesta este cel mai simplu tip de separare, în care fiecărui canal i se atribuie o linie de comunicare individuală:

Figura - IMM cu împărțirea spațială a canalelor

AI este o sursă de informații

PI – receptor de informații

LAN - linie de comunicare

Alte forme de partajare a canalelor implică transmiterea de mesaje pe o singură linie de comunicație. În acest sens, se mai numește și transmisia multicanal sigilarea canalelor.

Diagrama bloc generalizată a MSP cu separarea liniară a semnalelor de canal

M i – modulatorul canalului i

П i – multiplicatorul canalului i

Și i este integratorul canalului i

D i – modulatorul canalului i

СС – semnalul de ceas al părții de transmisie

PS – receptor de semnal de ceas pe partea de recepție

LAN – linie de comunicație

Pe partea de transmisie semnalele primare C 1 (t), C 2 (t),..., C N (t) ajunge la intrare M 1, M 2,..., M N, a cărei cealaltă intrare primește purtători liniar independenți sau ortogonali de la generatoarele de purtători ψ 1 (t), ψ 2 (t),...,ψ N (t), transferând semnalele primare către semnalele de canal 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 recepție, semnalul de grup S" gr (t), modificat sub influența diferitelor tipuri de interferență și distorsiune n(t), este furnizat multiplicatorilor P 1, P 2,..., P N, deasupra intrării căreia sosesc purtători de la generatoarele de purtători 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, luând în considerare interferența și distorsiunea, S" 1 (t), S" 2 (t),..., S" N (t). Apoi, semnalele canalului sunt trimise către D 1,D 2,...,D n, care convertesc semnalele canalului în semnale primare, ținând cont de interferență și distorsiune C" 1 (t), C" 2 (t),..., C" N (t).

Funcționarea sistemului de transmisie este posibilă cu influența sincronă (și uneori în fază) a purtătorilor asupra dispozitivelor pentru conversia M la transmisie și înmulțirea P la recepție. Pentru a face acest lucru, pe partea de transmisie, un semnal de ceas (SS) este introdus în semnalul de grup, iar pe partea de recepție este separat de semnalul de grup de către receptorul de semnal de ceas (RS).

Sisteme de telecomunicații multicanal cu diviziunea de frecvență a canalelor. Metode de generare a semnalelor de canal.

Sistem de telecomunicații diviziunea în frecvență numit 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 diviziunii în frecvență a canalelor, folosind diagrama unui sistem cu canale N și planurile de frecvență în punctele sale caracteristice.

Figura - Schema bloc a unui IMM cu canale N cu FDC

Oscilațiile armonice cu frecvențe diferite sunt utilizate ca purtători în IMM-urile cu FDC f 1, f 2, …f n(oscilații purtătoare):

ψ i(t) = S i

Semnalele de canal sunt formate ca rezultat al modulării unuia dintre parametrii purtători de către semnale primare C i (t). aplica amplitudine, frecvențăȘi fază modulare. Frecvențele de oscilație purtătoare sunt selectate astfel încât spectrele semnalelor canalului S1(t)Și S2(t) nu s-au suprapus . Semnal de grup S gr (t), recepționat în linia de comunicație, este suma semnalelor de canal

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

Când este transmis pe o cale liniară, semnalul S gr(t) suferă distorsiuni liniare și neliniare și interferența n(t) i se suprapune, adică 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 aloca semnale de canal .

Semnalele primare sunt restaurate de 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 FRC, poziția dominantă este ocupată de tipul de modulație AM-OBP, deoarece este cel mai compromis.

Figura - Opțiuni de filtrare bandpass pentru AM-OBP

Formarea unui semnal AM-OBP 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 IMM-urilor, în timp ce metoda diferenței de fază este de obicei utilizată în sistemele de transmisie cu canale mici.

Metoda de filtrare

Pe partea de transmisie

Exemplu:

Spectru de semnal 0,3 – 3,4 kHz. Determinați rezultatul AM-OBP dacă este utilizată ca purtătoare o oscilație armonică cu o frecvență de 100 kHz.

Pe partea de primire

Notă: Instabilitatea frecvenței (nepotrivirea) între echipamentul generator al părților de transmisie și de recepție pentru grupul de semnal primar (12x CFC) nu trebuie să fie mai mare de 1,5 Hz.

Metoda diferenței de fază

Principiul de funcționare: circuitul este format din două brațe conectate la intrare și la ieșire folosind dispozitive de decuplare (ID). Modulatorului (M2) al unui braț, semnalul original și frecvența purtătoare sunt furnizate defazate cu π/2 în raport cu semnalul și frecvența purtătoare furnizate modulatorului (M1) al celuilalt braț. Ca rezultat, ieșirea circuitului va oscila doar o bandă laterală. Contururile de fază (FC 1, FC FC 2) asigură o schimbare de fază de π/2.

Condiția de separare a semnalelor de canalîn IMM-urile cu CBR este lor ortogonalitatea, adică

Unde spectrul de energie al semnalului canalului i;

limitele benzii de frecvență alocate în traseul liniar pentru semnalul canalului i.

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

Filtrele crossover asigură o atenuare scăzută în banda de trecere ( Aprilie) și cantitatea necesară de atenuare în intervalul de întârziere efectivă ( apod). Între aceste benzi se află benzile de filtrare ale filtrelor de separare. Prin urmare, semnalele de canal trebuie separate prin goluri de gardă (D fз), ale căror valori nu trebuie să fie mai mici decât benzile de filtrare ale filtrelor.

Prin urmare, lățimea benzii de bază poate fi determinat prin formula

D f gr= N×(D fi+D f z)

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

În IMM-urile moderne de telefonie, fiecărui CTCH îi este alocată o bandă de frecvență de 4 kHz, deși spectrul de frecvență al semnalelor audio transmise este limitat la o bandă de la 300 la 3400 Hz, adică. lățimea spectrului este de 3,1 kHz. Intervale de 0,9 kHz lățime sunt prevăzute între benzile de frecvență ale canalelor adiacente, concepute pentru a reduce nivelul de interferență reciprocă la filtrarea semnalelor. Aceasta înseamnă că în sistemele de comunicație cu diviziune de frecvență multicanal, doar aproximativ 80% din lățimea de bandă a legăturii de comunicație este utilizată în mod 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 separare a canalelor

5.1 Metode de separare a canalelor: spațială, liniară (frecvență, timp), după formă. Condiție pentru separarea canalului liniar. Purtători de semnale și modularea parametrilor acestora.

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

5.3 Sisteme de telecomunicații multicanal cu împărțire în timp a canalelor. Analiza comparativă a metodelor de modulație analogică a impulsurilor.