Какой метод разделения каналов связи применяется в сети gsm r

Обновлено: 25.01.2025

В диапазоне 900 МГц радиоволны отражаются от всего — зданий, холмов, автомобилей, самолетов и т. д. Таким образом, приемной антенны может достигнуть много отраженных сигналов, каждый с различной фазой, и вызвать замирание (fade). Замирание — явление, при котором в течение определенного интервала времени происходит то постепенное усиление, то ослабление сигнала. Подавление искажений используется, чтобы извлечь желательный сигнал из нежелательных отражений. Оно работает, определяя, как известный переданный сигнал искажен замиранием из-за многолучевого распространения, и настраивает обратный фильтр, чтобы извлечь остальную часть переданного сигнала. Этот известный сигнал — 26 битов обучающей последовательности, передаваемой в середине каждого временного интервала пакета. Практическая реализация компенсатора не определена в спецификациях GSM .

Скачок частоты

Передвижная станция позволяет применять любую из заданных частот: это означает, что частота может изменяться между передатчиком и приемником и управляться в пределах одного кадра TDMA . GSM использует это свойство, чтобы осуществить медленный скачок частоты, когда мобильная станция и BTS передают каждый на различной несущей частоте. Алгоритм скачка частоты является широковещательным и управляет по широковещательному каналу управления ( BCCH — Broadcast Control Channel ). Так как замирание из-за многолучевости зависит от несущей частоты, медленные скачки частоты помогают облегчить проблему помех. Кроме того, межканальные помехи в действительности случайны и взаимно не связаны.

Прерывистая передача

Уменьшение межканальных помех — цель любой сотовой системы, так как это позволяет обеспечить лучшее обслуживание для данного размера ячейки или использование меньших ячеек, что увеличивает полную емкость системы. Прерывистая передача ( DTX — Discontinuous transmission mode ) — метод, преимущество которого основано на том, что фактически человек при нормальном сеансе связи говорит меньше 40 процентов времени. Поэтому возможно выключать передатчик в течение периодов молчания. Дополнительное преимущество — в том, что DTX экономит энергию мобильной станции.

Самый важный компонент DTX устройство обнаружения голосовой активности ( VAD — Voice Activity Detection ). Оно должно отличать речь от шумов, — задача, которая не так тривиальна, как это кажется. Если речевой сигнал неправильно интерпретируется как шум, передатчик выключается и возникает очень раздражающий эффект, названный клиппированием на приемном конце. Если, с другой стороны, шум ошибочно интерпретируется слишком часто как речевой сигнал, эффективность DTX резко уменьшается. Другой фактор, который следует учитывать, — это то, что, когда передатчик выключен, на приемном конце устанавливается полная тишина из-за цифрового характера GSM . Чтобы дать знать пользователю на приемном конце, что соединение существует, требуется подключение шума комфорта, который бы соответствовал характеристикам фоновых шумов, поступающих с передающего конца.

Прерывистый прием

Управление мощностью

Есть пять классов определенных подвижных станций согласно их пиковой мощности передатчика, с номиналами, равными 20, 8, 5, 2 и 0,8 ваттам. Чтобы снизить межканальные помехи и сохранить мощность , приемопередатчики мобильных станций и базовые станции работают на самой низкой мощности, которую выбирают для поддержания приемлемого качества сигнала. Уровни мощности могут изменяться вверх или вниз ступенчато по 2 децибела от пиковой мощности вниз к минимуму 13 dBm (20 милливатт).

Подвижная станция измеряет силу сигнала или качество сигнала (основанное на коэффициенте битовых ошибок — BER ) и передает информацию на контроллер базовой станции ( BSC ), который в конечном счете решает, заменить ли и когда заменить уровень мощности. Управление мощностью должно быть выполнено тщательно, поскольку она может стать причиной неустойчивой работы сети. В этой зоне имеются соседние подвижные станции, которые увеличивают свою мощность в ответ на увеличение межканальных помех, вызванных другими подвижными станциями. Практически это явление маловероятно, но находится в стадии изучения.

2.6. Краткие итоги лекции 2

Задачи и упражнения к части 1

Определить число физических каналов в каждой соте сети GSM при:
- а) 3-элементном кластере;
- б) 7-элементном кластере;
- в) 3-элементном кластере и трехсекторной антенне;
- г) 7-элементном кластере и трехсекторной антенне;
- д) 3-элементном кластере и шестисекторной антенне;
- е) 7-элементном кластере и шестисекторной антенне.

Для определения следует использовать формулу отношения мощности в точке приема ( PMS ) и в точке передач (PBTS) (при отсутствии помех):

$\frac<P_<MS></p> >>=\left(2,6\times 10^/R_\right)^2=6,76\times10^/R^2_,$

$R_<max></p> =2,6\times10^\sqrt>>>$

GSM-R , Глобальная система мобильной связи - Железная дорога или GSM-Железная дорога - это международный стандарт беспроводной связи для железнодорожной связи и приложений.

Подсистема Европейской системы управления железнодорожным движением (ERTMS), она используется для связи между поездами и центрами управления железнодорожным регулированием. Система основана на спецификациях GSM и EIRENE - MORANE, которые гарантируют работу на скоростях до 500 км / ч (310 миль / ч) без потери связи.

GSM-R может быть заменен LTE-R, причем первая производственная реализация будет осуществлена в Южной Корее . Тем не менее, LTE обычно считается протоколом " 4G ", и программа UIC 's Future Railway Mobile Communication System (FRMCS) рассматривает возможность перехода на что-то, основанное на " 5G " (в частности, 3GPP R15 / 16), таким образом пропуская два технологических поколения.

Ретранслятор GSM-R в Дин Клаф, Болтон, Северо-Западная Англия

Направленные антенны GSM-R, направленные на восточный конец туннеля Фройденштайн, Германия

Мобильная антенна GSM-R «Shark's-Fin», приспособленная к значительному количеству движущих сил железных дорог Великобритании.

СОДЕРЖАНИЕ

История

GSM-R построен на технологии GSM и извлекает выгоду из экономии за счет масштаба своей технологии GSM, стремясь стать рентабельной цифровой заменой существующих несовместимых внутрипутных кабельных и аналоговых железнодорожных радиосетей. Сообщается, что только в Европе существует более 35 различных таких систем.

Стандарт является результатом более чем десятилетнего сотрудничества между различными европейскими железнодорожными компаниями с целью достижения функциональной совместимости с использованием единой коммуникационной платформы. GSM-R является частью стандарта Европейской системы управления железнодорожным движением (ERTMS) и передает сигнальную информацию непосредственно машинисту поезда, обеспечивая более высокую скорость движения поездов и плотность движения при высоком уровне безопасности.

Спецификации были окончательно доработаны в 2000 году на основе финансируемого Европейским союзом проекта MORANE (Мобильная радиосвязь для сетей железных дорог в Европе). Спецификация поддерживается проектом ERTMS Международного союза железных дорог . GSM-R был выбран 38 странами по всему миру, включая все государства-члены Европейского Союза и страны Азии, Евразии и Северной Африки.

GSM-R - это безопасная платформа для передачи голоса и данных между эксплуатационным персоналом железной дороги, включая водителей, диспетчеров, членов маневровых бригад, инженеров поездов и диспетчеров станций. Он обеспечивает такие функции, как групповые вызовы ( VGCS ), голосовое вещание (VBS), соединения на основе местоположения и упреждение вызовов в случае чрезвычайной ситуации. Это поддерживает такие приложения, как отслеживание грузов, видеонаблюдение в поездах и на станциях, а также службы информирования пассажиров.

GSM-R обычно реализуется с использованием выделенных мачт базовых станций рядом с железной дорогой, при этом покрытие туннеля осуществляется с помощью направленных антенн или передачи «излучающего» фидера . Расстояние между базовыми станциями составляет 7–15 км (4,3–9,3 миль). Это обеспечивает высокую степень избыточности, а также более высокую доступность и надежность. В Германии, Италии и Франции сеть GSM-R насчитывает от 3 000 до 4 000 базовых станций . В районах, где используется Европейская система управления поездом (ETCS) уровня 2 или 3, поезд постоянно поддерживает соединение цифрового модема с коммутацией каналов с центром управления поездом. Этот модем работает с более высоким приоритетом, чем обычные пользователи (eMLPP). Если модемное соединение потеряно, поезд автоматически остановится.

Верхняя система

GSM-R является частью ERTMS (Европейской системы управления железнодорожным движением), которая состоит из:

ETCS (Европейская система управления поездом)
GSM-R
ETML (Европейский уровень управления трафиком)
EOR (Европейские операционные правила)

Диапазон частот

GSM-R от стандартизирован , чтобы быть реализован либо в E-GSM (900 МГц-GSM) , или DCS 1800 (1800 МГц-GSM) полосах частот , которые оба используются во всем мире.

Европа

В Европу входят государства-члены СЕПТ , в которые входят все члены ЕС, а также Албания, Андорра, Азербайджан, Беларусь, Босния и Герцеговина, Грузия, Исландия, Лихтенштейн, Македония, Молдавия, Монако, Черногория, Норвегия, Россия, Сан-Марино, Сербия, Швейцария, Турция. , Украина, Великобритания и Ватикан.

GSM-R использует определенный диапазон частот , который можно назвать «стандартным» диапазоном GSM-R:

Восходящий канал: 876–880 МГц, используемый для передачи данных
Линия вниз: 921–925 МГц, используется для приема данных

В Германии этот диапазон был расширен за счет дополнительных каналов в диапазонах 873–876 МГц и 918–921 МГц. Новые частоты, которые ранее использовались для региональных систем транкинговой радиосвязи, нацелены на полное использование новых частот к 2015 году.

Китай

GSM-R занимает широкий диапазон 4 МГц диапазона E-GSM (900 МГц-GSM).

Восходящий канал: 885–889 МГц
Нисходящий канал: 930–934 МГц

Индия

GSM-R занимает широкий диапазон 1,6 МГц диапазона P-GSM (900 МГц-GSM), принадлежащего индийским железным дорогам :

Восходящий канал: 907,8–909,4 МГц
Нисходящий канал: 952,8–954,4 МГц

Австралия

GSM-R внедряется в диапазоне DCS 1800

Восходящий канал: 1,770–1,785 МГц
Нисходящий канал: 1865–1880 МГц

Полоса частот DCS 1800 была первоначально разделена и продана на аукционе парными участками, каждая размером 2 × 2,5 МГц с дуплексным разнесением 95 МГц. Государственные железнодорожные операторы приобрели шесть в основном несгруппированных участков, которые покрывают спектр 2 × 15 МГц для развертывания GSM-R.

Государственные железнодорожные операторы повторно лицензировали 2 x 10 МГц из спектра 1800 МГц в Аделаиде, Брисбене, Мельбурне, Перте и Сиднее для обеспечения безопасности и контроля железнодорожной связи. Все, кроме Департамента планирования транспорта и инфраструктуры Южной Австралии (Аделаида), повторно лицензировали 2 x 5 МГц из спектра 1800 МГц по коммерческим тарифам, установленным правительством Австралии.

Использование технических частот в GSM-R

Используемая модуляция - это модуляция GMSK (гауссовская манипуляция с минимальным сдвигом). GSM-R - это система TDMA («Множественный доступ с временным разделением каналов»). Передача данных осуществляется периодическими кадрами TDMA (с периодом 4,615 мс) для каждой несущей частоты (физического канала). Каждый кадр TDMA разделен на 8 временных интервалов, называемых логическими каналами (длиной 577 мкс, каждый временной интервал), несущих 148 битов информации.

Есть опасения, что мобильная связь LTE будет мешать GSM-R, поскольку ей предоставили полосу частот, довольно близкую к GSM-R. Это может вызвать сбои в работе системы ETCS, случайное экстренное торможение из-за потери связи и т. Д.

В результате наблюдается растущая тенденция к мониторингу и управлению помехами GSM-R с использованием активного и автоматизированного тестирования на борту поездов и на путях.

Текущая версия GSM-R

Стандартная спецификация GSM-R разделена на две спецификации EIRENE:

Спецификация функциональных требований (FRS): определение функциональных требований более высокого уровня.
Спецификация системных требований (SRS): определение технических решений, поддерживающих функциональные требования.

EIRENE определяет «Техническую спецификацию для взаимодействия» (TSI) как набор обязательных спецификаций, которые необходимо выполнить для обеспечения совместимости с другими европейскими сетями; текущие TSI - это FRS 7 и SRS 15. EIRENE также определяет необязательные спецификации, которые называются «Промежуточная версия», которые определяют дополнительные функции, которые, вероятно, станут обязательными в следующих TSI. Текущие промежуточные версии - FRS 7.1 и SRS 15.1. Характеристики GSM-R довольно стабильны; последнее обязательное обновление было в 2006 году. Полный график версий GSM-R:

Декабрь 2000 г .: FRS 5 / SRS 13, первая широко устанавливаемая версия
Октябрь 2003 г .: FRS 6 / SRS 14
Май 2006: FRS 7 / SRS 15, текущий TSI
Июнь 2010 г .: FRS7.1 / SRS 15.1, текущая промежуточная версия; основные дополнительные функции по сравнению с TSI - это маневровое радио и радио только для передачи данных ETCS

Текущая версия GSM-R может работать в сетях 3GPP R99 и R4.

GSM-R использует

GSM-R предоставляет новые услуги и приложения для мобильной связи в нескольких областях:

Основное использование

Он используется для передачи данных между поездами и центрами регулирования железных дорог 2 и 3 уровней ETCS. Когда поезд проезжает через Eurobalise , он передает свое новое положение и свою скорость, затем он получает обратно согласие (или несогласие) на выезд на следующий путь и свою новую максимальную скорость. Вдобавок путевые сигналы становятся избыточными.

Другое использование

Как и другие GSM устройства, GSM-R , оборудование может передавать данные и голос. Новые функции GSM-R для мобильной связи основаны на GSM и определены проектом EIRENE. Возможности звонка:

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Жук Ю.А., Иванов А.С., Орёл Д.В.

Предложен способ, обеспечивающий повышение структурной скрытности сигналов системы сотовой подвижной радиосвязи с кодовым разделением каналов .

Текст научной работы на тему «Способ передачи информации в системах сотовой подвижной связи с кодовым разделением каналов»

К E S E A H С И

Способ передачи информации в системах сотовой подвижной связи с кодовым разделением каналов

Ключевые слова: мобильная радиосвязь, кодовое разделение каналов, структурная скрытность.

Жук Ю.А., Иванов А.С., Орёл Д.В.,

Ставропольский государственный университет

Communication method for mobile telecommunication systems with CDMA

Zhuk Yu.A., Ivanov A.S, Oryol D.V.,

Stavropol State University

There is offered the method of signals structural secrecy increase for mobile telecommunication systems

Keywords: mobile telecommunication, code division multiple access, structural secrecy.

Современный этап развития беспроводных телекоммуникационных систем характеризуется широким применением в них принципа кодового разделения каналов (CDMA), который по сравнению с временным (TDMA) и частотным (FDMA) разделением каналов имеет ряд преимуществ. Существуют следующие стандарты сотовой подвижной связи с кодовым разделением каналов, которые находят широкое применение в сетях различных поколений: IS-95, cdma2000, WCDMA и другие. На сегодняшний день разработана универсальная платформа построения СПИ КРК WCDMA которая вызвала большой интерес в России и послужила начальной точкой в развертывании сети третьего поколения 3G на ее территории.

В системах сотовой подвижной связи с кодовым разделением каналов для передачи информации используют шумоподобные сигналы (ШПС), которые благодаря уникальной кодовой структуре могут быть переданы в общей полосе частот и эффективно разделены на приемной стороне. Технология многостанционного доступа с кодовым разделением каналов обеспечивает возможность устойчивой связи в условиях воздействия комплекса помех и достижение конфиденциальности при обмене информацией, как это отмечено в работе [1].

Структурная (сигнальная) скрытность обеспечивается выбором сигнала близким по своим статистическим характеристикам к естественному фону, поскольку выявление признаков детерминизма может иметь решающее значение.

Для обеспечения сигнальной скрытности ШПС особое значение приобретают вопросы синтеза последовательностей длины N1, обладающих высокой сложностью разгадывания структуры и при достаточно представительном объеме ансамбля L последовательностей, с последующим осуществлением их автоматической смены по определенному алгоритму при приемлемой сложности аппаратуры.

Информационные сигналы передаются на фоне специального синхронизирующего сигнала, структура которого формируется по закону псевдослучайных последовательностей максимальной длины. Синхронизирующий сигнал служит для введения передатчика базовой станции и приемника абонентской станции в цикловую фазу, а его манипуляция на этапе вхождения в связь обеспечивает передачу служебной информации.

Поскольку сигналы Уолша имеют регулярную структуру, которая заранее известна, то эти сигналы обладают низкой структурной

Наукоёмкие технологии в космических исследованиях Земли № 2-2010

скрытностью. Кроме того, сигналы Уолша обладают плохими корреляционными свойствами.

Целью статьи является разработка способа передачи информации для систем сотовой подвижной связи с кодовым разделением каналов, обеспечивающего повышение структурной скрытности сигналов.

Для достижения поставленной цели авторами работы предлагается для передачи цифровой информации, использовать производные ортогональные системы сигналов З^М, которые получаются за счет перемножения исходного и производящего сигналов. При этом в качестве исходной системы ортогональных сигналов выступает система функций Уолша, являющаяся первым сомножителем, а в качестве второго сомножителя производящий сигнал. В процессе данного преобразования (рис. 1) каждый ортогональный сигнал исходной системы Ут(0 посимвольно умножают на производящий сигнал УцМ, который должен обладать известной структурой и хорошими корреляционными свойствами. Данный способ известен из работы [2], которой применялся для поиска системы сигналов с оптимальными корреляционными характеристиками.

В рассматриваемой статье применение известного способа получения производных систем сигналов предлагается авторами усовершенствовать на основе применения в качестве производящей последовательности множества отрезков псевдослучайной последовательности длиной, равной исходному объему системы ортогональных сигналов Уолша (I. = 64).

Предлагаемый способ осуществляется в следующей последовательности: сначала с помощью вспомогательного синхронизирующего сложного сигнала передающая аппаратура базовой станции и приемная аппаратура каждой из 2т-1 абонентских станций вводится в цикловую фазу. Затем посредством манипуляции вспомогательного сигнала синхронизации на каждую абонентскую станцию передается служебная информация (единый начальный блок для всех абонентских станций). После выполнения указанной процедуры начинается одновременная передача всем абонентам цифровой информации, при этом каждому биту информации индивидуального абонентского канала ставится в соответствие сложный сигнал, структура которого зависит от номера сигнала исходной последовательности ортогональных сигналов и значения передаваемого бита

(0 или 1). Причем, если содержимое информационного бита равно нулю, то за время, равное длительности информационного бита, передается один период сложного сигнала прямой структуры, а при единичном содержимом один период сложного сигнала инверсной структуры.

После передачи очередного информационного бита на передающей и приемной стороне производится синхронная смена сложных сигналов-переносчиков информации каждого канала на основе способа получения производящих последовательностей. При этом производные системы ортогональных сигналов применяются путем стохастического выбора производного сигнала длиной, равной исходному объему системы ортогональных сигналов Уол-ша (L = 64), из множества отрезков псевдослучайной последовательности.

Предполагая, что на приемной стороне система производных сигналов образуется в соответствии с алгоритмом их образования на передающей стороне (то есть алгоритм идентичен на приемной и передающей сторонах), то сигналы, используемые в индивидуальных абонентских каналах на приемной стороне для корреляционной обработки, будут иметь структуру, совпадающую с сигналами, используемыми в индивидуальных абонентских каналах на передающей стороне.

Реализация данного способа информационного обмена, при условии, что процедура стохастического выбора производного сигнала из множества отрезков псевдослучайной последовательности, неизвестна другим сторонам, может существенно увеличить количество

систем ортогональных сигналов, стохастическое использование которьх позволит повысить их структурную скрытность.

На основе предложенного способа авторами разработана структурная схема системы сотовой подвижной связи с кодовым разделением каналов и стохастическим применением систем ортогональных сигналов, представленная на рис. 2.

Система передачи информации содержит в передающей аппаратуре: N = 2т индивидуальных каналов 1, каждый из которых состоит из блока цифровой информации 2 и модулятора 3, блок формирования группового сигнала 5, включающий объединитель входов 4 и модулятор 6, блок фазовой модуляции 7, усилитель мощности 8, передающую антенну 9, генератор сигнала синхронизации 10, генератор тактовых импульсов 11, блок формирования исходной системы ортогональных сигналов 12, блок стохастического формирования производящих сигналов 23, процессор умножения 24; в приемной аппаратуре: приемную антенну 14, блок высокочастотной селекции 13, блок обнаружения сигнала синхронизации 18, блок корреляционной обработки 15, блок выделения информации 16, блок приема информации 17, блок обнаружения сигнала синхронизации 18, блок поиска 19, генератор копий сигнала синхронизации 20, блок формирования копий исходной системы ортогональных сигналов 21, генератор тактовых импульсов 22, блок стохастического формирования копий производящего сигнала 25 и процессор умножения 26.

High technologies in Earth space research № 2-2010

К Е 8 Е А К С II

Рис. 2. Структурная схема системы сотовой подвижной связи с кодовым разделением каналов и стохастическим применением систем ортогональных сигналов

Устройство работает следующим образом. Информационные двоичные сигналы, поступают из блока цифровой информации 2 на модулятор 3, где осуществляется преобразование каждого информационного бита индивидуального абонентского канала в индивидуальный сложный сигнал методом расширения спектра сигналов прямой последовательностью. Структура сложного сигнала в процессе передачи определяется номером сигнала в системе ортогональных сигналов и значением передаваемого информационного бита. Сигналы, получаемые на выходах модулятора 3 каждого из N каналов, одновременно подаются в блок формирования группового сигнала 4, где после их объединения в сумматоре 5 и наложения в модуляторе 6 сигнала синхронизации, вырабатываемого генератором сигнала синхронизации 10, происходит образование группового сигнала, спектр которого после переноса в область несущей частоты в блоке фазовой модуляции 7 и усилителе мощности 8 через антенну 9 излучаются в эфир. На приемной стороне поступающий в антенну 14 сигнал подвергается предварительной обработке в блоке высокоча-

стотной селекции 13. С выхода этого блока сигнал одновременно подается в блок обнаружения сигнала синхронизации 18 и блок корреляционной обработки 15. При этом блок обнаружения сигнала синхронизации 18 совместно с блоком поиска 19 вводят в синхронизм генератор копии сигнала синхронизации 20, который в свою очередь синхронизирует генератор тактовых импульсов 22, под управлением которого синхронно передающей стороне осуществляются все процессы в блоке выделения информации 16, блоке формирования копий исходной системы ортогональных сигналов 21, блоке стохастического формирования копий производящего сигнала 25 приемной стороны.

В блоке корреляционной обработки 15 на основе одного из Ы-сигналов, используемого в данный момент времени в качестве расширяющей последовательности, осуществляется корреляционный прием, в блоке выделения информации 16 осуществляется выделение информационного символа, который выдается в блок приема информации 17.

В процессе синхронной работы блока сто-

хастического формирования производящих сигналов 23 на передающей стороне и блока стохастического формирования копий производящего сигнала 25 на приемной стороне осуществляется защищённый информационный обмен между передающей и приемной сторонами всех N каналов передачи информации.

Таким образом, предложенный в статье способ, обеспечивает повышение структурной скрытности сигналов за счет увеличения количества систем ортогональных сигналов, которые можно использовать в процессе информационного обмена в системе сотовой подвижной радиосвязи с кодовым разделением каналов.

1. Ипатова В.П. и др. Системы мобильной связи/ Учебное пособие для вузов. — М.: Горячая линия — Телеком, 2003.

2. Петровича Н.Т., Размахнина М.К. Системы связи с шумоподобными сигналами. — М.: Советское радио, 1969.

Ресурс связи представляет время и ширину полосы, доступные для передачи сигнала в определенной системе. Для создания эффективной системы связи необходимо спланировать распределение ресурса между пользователями системы, чтобы время/частота использовались максимально эффективно. Результатом такого планирования должен быть равноправный доступ пользователей к ресурсу. Существует три основных метода разделения абонентов в системе связи.

1. Частотное разделение. Распределяются определенные поддиапазоны используемой полосы частоты.

2. Временное разделение. Абонентам выделяются периодические временные интервалы. В некоторых системах пользователям предоставляется ограниченное время для связи. В других случаях время доступа пользователей к ресурсу определяется динамически.

3. Кодовое разделение. Выделяются определенные элементы набора ортогонально (либо почти ортогонально) распределенных спектральных кодов, каждый из которых использует весь диапазон частот.

При частотном разделении (FDMA) ресурс связи распределяется согласно рис. 1.10. Здесь распределение сигналов или пользователей по диапазону частот является долгосрочным или постоянным. Ресурс связи может одновременно содержать несколько сигналов, разнесенных в спектре.

Первичный частотный диапазон содержит сигналы, которые используют промежуток частот между f₀ и f₁, второй - между f₂ и f₃ и т.д. Области спектра, находящиеся между используемыми диапазонами, называются защитными полосами частот. Защитные полосы выполняют роль буфера, что позволяет снизить интерференцию между соседними (по частоте) каналами.

Рис. 1.10. Уплотнение с частотным разделением.

Чтобы немодулированный сигнал использовал более высокий диапазон частот, его преобразуют при помощи наложения или смешивания (модуляции) этого сигнала и синусоидального сигнала фиксированной частоты.

При временном разделении (TDMA) ресурс связи распределен путем предоставления каждому из M сигналов (пользователей) всего спектра в течение небольшого отрезка времени, называемого временным интервалом (рис. 1.11.). Промежутки времени, разделяющие используемые интервалы, называются защитными интервалами.

Защитный интервал создает некоторую временную неопределенность между соседними сигналами и выступает в роли буфера, снижая тем самым интерференцию. Обычно время разбито на интервалы, называемые кадрами. Каждый кадр делится на временные интервалы, которые могут быть распределены между пользователями. Общая структура кадров периодически повторяется, так что передача данных по схеме TDMA - это один или более временных интервалов, которые периодически повторяются на протяжении каждого кадра.

Рис. 1.11. Уплотнение с временным разделением.

Множественный доступ с кодовым разделением (CDMA) является практическим приложением методов расширения спектра, которые можно разделить на две основные категории: расширение спектра методом прямой последовательности и расширение спектра методом скачкообразной перестройки частоты.

Рассмотрим расширение спектра методом прямой последовательности. Метод расширения спектра получил свое название благодаря тому, что полоса, используемая для передачи сигнала, намного шире минимальной, необходимой для передачи данных. Итак, N пользователей получают индивидуальный код g_i(t), где i = 1,2,…,N. Коды являются приблизительно ортогональными.

Блок-схема стандартной системы CDMA приведена на рис. 1.12.

Рис. 1.12. Множественный доступ с кодовым разделением.

Первый блок схемы соответствует модуляции данными несущей волны Acosщ₀t. Выход модулятора, принадлежащего пользователю из группы 1, можно записать в следующем виде: s₁(t)=A₁(t)cos(щ₀t+ц₁(t)).

Вид полученного сигнала может быть произвольным. Модулированный сигнал умножается на расширяющий сигнал g₁(t), закрепленный за группой 1; результат g₁(t)s₁(t) передается по каналу. Аналогичным образом для пользователей групп от 2 до N берется произведение кодовой функции и сигнала. Довольно часто доступ к коду ограничен четко определенной группой пользователей. Результирующий сигнал в канале является линейной комбинацией всех передаваемых сигналов. Пренебрегая задержками в передаче сигналов, указанную линейную комбинацию можно записать следующим образом: g₁(t)s₁(t)+ g₂(t)s₂(t)+…+ g_N(t)s_N(t).

Побочные сигналы легко отсеиваются системой, так как

Основными преимуществами CDMA являются конфиденциальность и помехоустойчивость.

1. Конфиденциальность. Если код группы пользователей известен лишь разрешенным членам этой группы, CDMA обеспечивает конфиденциальность связи, поскольку несанкционированные лица, не имеющие кода, не могут получить доступ к передаваемой информации. [2]

2. Помехоустойчивость. Модуляция сигнала последовательностью при передаче требует его повторной модуляции той же последовательностью при приеме (что эквивалентно демодуляции сигнала), в результате чего восстанавливается исходный узкополосный сигнал. Если помеха узкополосная, то демодулирующая прямая последовательность при приеме воздействует на нее как модулирующая, т.е. «размазывает» ее спектр по широкой полосе W_ss, в результате чего в узкую полосу сигнала W_s попадает лишь 1/G часть мощности помехи, так что узкополосная помеха будет ослаблена в G раз, где G=W_ss/W_s (W_ss - полоса расширенного спектра, W_s - исходный спектр). Если же помеха широкополосная - с полосой порядка W_ss или шире, то демодуляция не изменит ширины ее спектра, и в полосу сигнала помеха попадет ослабленной во столько раз, во сколько ее полоса шире полосы W_s исходного сигнала. [1]

Читайте также: