· Föreläsning 27. Principer för att bygga datorsystem för telekommunikation.
Introduktion
Telekommunikationkan definieras som en teknik som förbinder informationsarrayer, som ofta inte är på något avstånd från varandra. Telekommunikation genomgår för närvarande en revolution som påverkar två aspekter: snabba förändringar i kommunikationsteknik och lika viktiga förändringar i ägande, kontroll och tillhandahållande av kommunikationstjänster. Dagens chefer måste förstå möjligheterna och fördelarna med olika kommunikationstekniker och kunna jämföra kostnader och fördelar med att använda telekommunikation på rätt sätt.
TelekommunikationssystemÄr en uppsättning hård- och mjukvarukompatibel utrustning ansluten till ett enda system i syfte att överföra data från en plats till en annan. Telekommunikationssystemet kan överföra text-, grafik-, röst- eller videoinformation. Detta kapitel beskriver de viktigaste komponenterna i telekommunikationssystem. Följande avsnitt förklarar hur dessa komponenter fungerar tillsammans för att bilda olika typer av nätverk.
Ett typiskt kommunikationssystem inkluderar servrar, användardatorer, kommunikationskanaler (i figuren indikeras de med röda linjer), samt aktiv utrustning - modem, hubbar, etc.
2.Komponenter i ett telekommunikationssystem
Huvudkomponenterna i ett telekommunikationssystem listas nedan:
1. Servrar som lagrar och behandlar information.
2. Arbetsstationer och användardatorer används för att ange frågor till databaser, ta emot och bearbeta sökresultat och utföra andra uppgifter för slutanvändare av informationssystem.
3. Kommunikationskanaler - kommunikationslinjer genom vilka data överförs mellan avsändaren och mottagaren av information. Kommunikationskanaler använder olika typer av dataöverföringsmedium: telefonlinjer, fiberoptisk kabel, koaxialkabel, trådlösa och andra kommunikationskanaler.
4. Aktiv utrustning - modem, nätverkskort, hubbar, switchar, routrar etc. Dessa enheter krävs för att skicka och ta emot data.
5. Nätverksprogramvara som styr processen att överföra och ta emot data och styra driften av enskilda delar av kommunikationssystemet.
Telekommunikationssystemets funktioner
För att överföra information från en punkt och ta emot den i en annan, måste ett telekommunikationssystem utföra vissa operationer, som mestadels är dolda för användare. Innan ett telekommunikationssystem kan överföra information måste det upprätta en anslutning mellan avsändaren och mottagaren. Beräkna sedan den optimala dataöverföringsvägen, utför den första behandlingen av den överförda informationen (till exempel måste du kontrollera att ditt meddelande överförs till den du skickade det till) och konvertera datorns överföringshastighet till den hastighet som stöds av kommunikationslinje. Slutligen styr telekommunikationssystemet flödet av information som överförs.
Nätverksenheter och kommunikationsmedel.
Twisted pair, koaxialkabel, fiberoptiska linjer används oftast som kommunikationsmedel. Vid val av kabeltyp beaktas följande indikatorer:
· installation och underhållskostnader,
· informationsöverföringshastighet,
· begränsningar av avståndet till informationsöverföring utan ytterligare repeaterförstärkare (repeaters),
· säkerhet vid dataöverföring.
Huvudproblemet ligger i samtidig tillhandahållande av dessa indikatorer, till exempel är den högsta dataöverföringshastigheten begränsad av det maximala möjliga dataöverföringsavståndet, vid vilket den nödvändiga dataskyddsnivån fortfarande tillhandahålls. Den enkla skalbarheten och den enkla expansionen av kabelsystemet påverkar dess kostnad.
3. Typer av telekommunikationsnät.
Det finns olika sätt att organisera aktiv och passiv nätverksutrustning för att arbeta tillsammans, och därför finns det många sätt att klassificera nätverk. Nätverk kan klassificeras efter konfiguration eller nätverkstopologi. Genom sin geografiska storlek är nätverk indelade i globala och lokala. Globala nätverk täcker som regel ganska stora områden - från 1-2 till hundratusentals kilometer. Lokala nätverk kombinerar datorresurserna i en eller flera byggnader. I denna del kommer du att bekanta dig med de olika typerna av datornätverk.
Lokala nätverk
Det lokala nätverket , LAN (kallas ibland ett lokalt nätverk, LAN) - Local Area Network, LAN - täcker små utrymmen, vanligtvis en byggnad eller flera närliggande byggnader. De flesta lokala nätverk ansluter datorer som ligger på högst 600 m från varandra. Lokala nät behöver sina egna telekommunikationskanaler (oftast används tvinnade par eller koaxialkabel). Lokala nätverk används ofta i näringslivet. De gör det möjligt för organisationer att distribuera applikationer som dramatiskt kan förbättra produktiviteten och hanteringseffektiviteten. Dessa applikationer inkluderar först och främst alla typer av e-post (vanlig, text-, röst- och videomail), tele- och videokonferenser, internetteknik. Idag är det svårt att föreställa sig ett kontor utan ett lokalt nätverk. Lokala nätverk tillåter organisationer att dela programvara och dyr maskinvara. Till exempel kan användare av flera datorer som är anslutna till ett lokalt nätverk dela en laser- eller bläckstråleskrivare som är ansluten till nätverket. Nätverk används för att arbeta med kollektiva planeringsapplikationer, samt för att organisera distribuerad dator.
Utan nätverk skulle det vara omöjligt för organisationer att dela tillgång till Internet. Vanligtvis i organisationer är endast en dator direkt ansluten till en Internetleverantör (ISP). För att användare av andra datorer ska kunna arbeta med World Wide Web installeras speciell programvara på datorn som fungerar som en gateway, som utför förfrågningar till Internet för användarnas räkning. Personalen på Michelin Corporation i Milano använder det lokala nätverket främst för e-postutbyte och för samarbetsbehandling av text och grafisk information. Kabelsystemet, byggt på basis av UTP5 -kabel, ansluter flera hubbar till vilka mer än 200 datorer är anslutna. Nätverket använder Compaq ProLiant -servrar med kraftfulla processorer och stora hårddiskar, samt Olivetti -arbetsstationer och persondatorer. Varje kontor har en nätverkslaserskrivare. På natten, när det inte finns några anställda i byggnaden, säkerhetskopieras all den viktigaste informationen av backupsystemet, som är utrustat med en av servrarna - detta minskar risken för att förlora vital data. Hela Milanos filial av Michelin Corporation är ansluten till Internet via en av datorerna, som fungerar som en inkörsport mellan företagets lokala nätverk och en fiberoptisk länk till internetleverantören. Tack vare den ständiga internetuppkopplingen kan Milanos filial i Michelin Corporation när som helst ansluta till stordatorn, som ligger i huvudkontoret för Michelin Corporation i Turin.
4. Datornätverkstopologi.
Stjärntopologi.
Konceptet med en stjärnnätverkstopologi kommer från stordatorer, där värden tar emot och behandlar all data från perifera enheter som den aktiva bearbetningsnoden. Denna princip tillämpas i dataöverföringssystem som RELCOM e-post. All information mellan de två perifera arbetsstationerna passerar genom den centrala noden i datornätet.
Nätverksbandbredden bestäms av nodens processorkraft och garanteras för varje arbetsstation. Kollisioner (kollisioner) av data förekommer inte.
En stjärntopologi är den mest pålitliga av alla datornätverkstopologier, eftersom dataöverföring mellan arbetsstationer passerar genom en central plats (med bra prestanda) på separata linjer som endast används av dessa arbetsstationer.
Ringtopologi.
I en ringnätverkstopologi är arbetsstationer anslutna till varandra i en cirkel, d.v.s. arbetsstation 1 med arbetsstation 2, arbetsstation 3 med arbetsstation
4, etc. Den sista arbetsstationen är länkad till den första. Kommunikationslänken stängs i en ring.
Att leda kablar från en arbetsstation till en annan kan vara ganska svårt och kostsamt, särskilt om arbetsstationerna är geografiskt belägna långt från ringen (till exempel i en linje).
Huvudproblemet med en ringtopologi är att varje arbetsstation aktivt måste delta i överföringen av information, och om minst en av dem misslyckas är hela nätverket förlamat.
En speciell form av ringtopologi är det logiska ringnätverket. Det är fysiskt monterat som en stjärntopologi -korsning.
Buss topologi.
Med en busstopologi representeras informationsöverföringsmediet i form av en kommunikationsväg tillgänglig för alla arbetsstationer, till vilka alla måste anslutas. Alla arbetsstationer kan direkt kontakta vilken arbetsstation som helst i nätverket.
Arbetsstationer kan när som helst, utan att avbryta driften av hela datornätverket, anslutas till det eller kopplas bort. Datornätverkets funktion beror inte på tillståndet för en enskild arbetsstation.
Vanligtvis används ofta en tunn kabel eller Cheapernet-kabel med ett T-stycke för ett Ethernet-bussnätverk. Att stänga av och särskilt ansluta till ett sådant nätverk kräver en bussavbrott, vilket orsakar störningar i det cirkulerande informationsflödet och systemet fryser.
LAN -trädstruktur.
Tillsammans med de välkända topologierna för datanätverk, ring, stjärna och buss, används i praktiken också en kombinerad struktur, till exempel en trädliknande struktur. Det bildas huvudsakligen i form av kombinationer av ovan nämnda topologier i datanätverk. Basen för datanätverksträdet ligger vid den punkt (rot) vid vilken kommunikationslinjerna för information (trädgrenar) samlas in.
Datornätverk med en trädstruktur används där det är omöjligt att direkt tillämpa de grundläggande nätverksstrukturerna i sin rena form. För att ansluta ett stort antal arbetsstationer används adapterkort, nätverksförstärkare eller switchar. En switch som också fungerar som en förstärkare kallas en aktiv hub.
5. Modem
För att ansluta fjärrdatorer med varandra används främst vanliga telefonnät som täcker mer eller mindre stora territorier i de flesta stater - PSTN (Public Switchable Tele -phone
Nätverk). Det enda problemet i detta fall är omvandlingen av digitala (diskreta) signaler, som datorn driver, till analoga (kontinuerliga) signaler.
För att lösa detta problem är enheter som kallas modem avsedda.
Ett modem är en kringutrustning som är utformad för att kommunicera med andra datorer via telefonnätet. Enligt GOSTs terminologi kallas de OPS (signalomvandlingsenheter). Faktum är att modemet bildas av två noder - en modulator och en demodulator; den utför modulering och demodulering av informationssignaler. Egentligen är ordet "modem" en förkortning för de andra två:
Modulator / Demodulator.
Med andra ord omvandlar modemmodulatorn bitströmmen från datorn till analoga signaler lämpliga för överföring över en telefonkommunikationskanal; modemdemodulatorn utför den omvända uppgiften - konverterar ljudfrekvenssignaler till digital form så att de kan uppfattas av en dator. Sålunda omvandlas data som ska överföras till en analog signal av modemets modulator.<передающего>dator. Det mottagande modemet i den motsatta änden av linjen<слушает>den överförda signalen och konverterar den tillbaka till digital med hjälp av en demodulator.
Därför är ett modem en enhet som kan både överföra och ta emot data.
Eftersom telefonlinjer används som dataöverföringsmedium är det möjligt att kommunicera med vilken punkt som helst i världen.
Moderna modem är gjorda på grundval av specialiserade LSI (stora integrerade kretsar), som utför nästan alla funktioner i ett modem. Detta säkerställer att modem är små, mycket pålitliga och enkla att använda.
Under de senaste åren har de mest använda modem med en överföringshastighet på 2400, 9600 och 14400 bps., Samtidigt tillåter dessa typer av modem överföring vid reducerade hastigheter (1200, 4800, 7200, 12000 bps.), Liksom som interaktion med huvuddelen av modem från tidigare års utgåva.
För närvarande har funktionerna för skydd mot fel under överföring och funktionen för datakomprimering införts i sammansättningen av de uppgifter som utförs av modemet, vilket gjorde det möjligt att radikalt öka tillförlitligheten och hastigheten för informationsöverföring. Tack vare datakomprimering kan den faktiska överföringshastigheten för digital information med hjälp av modem upp till 40-60 Kbps.
Nyligen har modem blivit en integrerad del av datorn.
Genom att installera ett modem på din dator öppnar du faktiskt en ny värld för dig själv. Din dator förvandlas från en fristående dator till ett globalt nätverk.
Lista över begagnad litteratur.
1. Sukhman S.M., Bernov A.V., Shevkoplyas B.V. Telekommunikationssystemkomponenter. Analys av tekniska lösningar. - M.: MIET, 2002. - 220 sid.
2. Datorpress. - 1998 - Nr 8
3. Datorpress. - 1999 - Nr 1
4. Webbplats på Internet: www.iXBT.ru. Länken är "kommunikation".
Handledningen behandlar bildandet av digitala kanalsignaler med hjälp av pulskodsmodulering, grunderna i byggnadsutrustning för bildandet av en primär digital ström, byggande av linjära digitala vägar för telekommunikationssystem i en plesiokron digital hierarki, samt att bygga överföringssystem med HDSL -teknik.
Läroboken är avsedd för studenter med specialiteter: 201000 (flerkanaliga telekommunikationssystem) och 071700 (fysik och teknik för optisk kommunikation) utbildning på heltid och deltid.
Introduktion
Denna handledning undersöker överföring av signaler med hjälp av moderna telekommunikationssystem för överföring av plesiokron digital hierarki (PDH) och synkron (SDH) digital hierarki.
Frågorna om bildandet av kanaldigitalsignaler med hjälp av pulskodsmodulering (PCM), grunderna för konstruktion av utrustning för bildandet av en primär digital ström, såsom analog-till-digital konvertering, synkroniseringsfrågor, konstruktion av linjär digital vägar som kombinerar digitala strömmar i PDH DSP övervägs.
Handledningen behandlar konstruktion av överföringssystem med HDSL (High-bit-rate Digital Subscriber Loop-digital subscriber line) -teknologi, såsom linjära kodningsmetoder, egenskaper hos Flex Gain Megatrans-överföringssystem.
Materialet i denna handledning har utarbetats av författarna med många års erfarenhet av att genomföra föreläsningar och praktiska klasser vid Institutionen för MES och OS (flerkanalig elektrisk kommunikation och optiska system) vid State Educational Institution of Higher Professional Education "Siberian State University of Telekommunikation och informatik ".
Hierarki av digitala överföringssystem
Digitala överföringssystem (DSP) som används i kommunikationsnätverk motsvarar en viss hierarkisk struktur, som bör ta hänsyn till följande grundläggande krav:
förmågan att överföra alla analoga och diskreta signaler;
val av parametrar för överföringssystem (SP), med hänsyn till egenskaperna hos befintliga och potentiella kommunikationstyper;
möjligheten till en ganska enkel kombination, frånkoppling och transitering av överförda signaler;
val av standardiserade överföringshastigheter, med hänsyn till användningen av både analog-till-digital-omvandlare (ADC) och tidsgruppering av signaler;
möjligheten till interaktion mellan DSP och ASP och olika kopplingssystem.
Den hierarkiska principen för DSP-konstruktion gör det möjligt att ena den kanalbildande utrustningen, förenkla processerna för tillverkning, implementering och teknisk drift av motsvarande utrustning, det vill säga i allmänhet att öka de tekniska och ekonomiska indikatorerna för dessa system.
För närvarande är tre typer av DSP -hierarkier mest utbredda: europeiska, nordamerikanska och japanska.
Den europeiska hierarkin är baserad på den primära digitala strömmen (PDS), i vilken 30 kanaler med en bandbredd på 64 kbit / s bildas med hjälp av analog - digital utrustning vardera (med åtta -bitars kompanderande PCM) bashastighetssignalen är 2048 kbit / s. Vid generering av gruppsignaler från en DSP på högre nivå används principen om tillfällig kombination (gruppering) av digitala strömmar som bildas i utrustningen för en DSP på lägre nivå. Föreningsfaktorn för alla nivåer i hierarkin antas vara fyra. I det andra steget bildas en sekundär digital ström (TDC) med en hastighet av 8448 kbit / s. Vid det tredje steget bildas den tertiära digitala strömmen (TPT) med en hastighet av 34368 kbit / s, och i det fjärde steget en kvartär digital ström (DVT) med en hastighet av 139 264 kbit / s.
I den nordamerikanska hierarkin är överföringshastigheterna vid olika multiplexeringssteg: 1544 - 6312 - 44376 - 274176 kbps.
I den japanska hierarkin är överföringshastigheterna:
1544 - 6312 - 32064 - 97728 kbps. Detta leder till motsvarande svårigheter i organisationen av digital internationell kommunikation.
Alla ovanstående typer av hierarki tillhör den så kallade plesiokrona digitala hierarkin (PDH). På engelska betecknas det PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy). Den använder asynkrona metoder för att kombinera digitala strömmar för tillfällig gruppering.
Bildande av digitala kanalsignaler
I DSP bildas kanalsignalen i tre steg:
tidsprovtagning;
nivåkvantisering;
kodning.
2.1. Tidsprovtagning
En kontinuerlig signal kan representeras i form av avläsningar med hjälp av en elektronisk nyckel (EC) (figur 2.1.).
Figur 2.1 - Provtagning
Här är en kontinuerlig signal;
Diskret signal;
Samplingsfrekvens.
Signalen kan representeras som:
.
EC kommer att betraktas som en multiplikator. Låt oss utöka funktionen i en Fourier -serie 
(Figur 2.2.).
Figur 2.2 - Sekvens av pulser med samplingshastighet r (t)
;
För att erhålla signalspektrumet tillämpar vi Fourier -transformen.
Var är transformationsoperationen 
.
För och (- funktion) kommer den diskreta signalens spektrum att vara:
.
Figur 2.3. spektrumet för den diskreta signalen visas.
För att välja originalsignalen i mottagningen med hjälp av ett lågpassfilter (LPF) är det nödvändigt att
, det är
Signalens effekt vid utgången från lågpassfiltret är mindre än effekten från den ursprungliga signalen. Signalprovtagning är pulsamplitudmodulation (PAM).
Figur 2.3 - Diskret signalspektrum
2.2. Nivåkvantisering
Figur 2.4 visar proverna (proverna) på signalen och deras kvantiserade värden. Som ett resultat av kvantisering överförs inte sanna värden, utan endast tillåtna nivåvärden.
Figur 2.4 - Signalkvantisering
Figur 2.4:
Kvantiseringssteg;
Kvantiseringsfel.
Kärnan i kvantiseringsoperationen illustreras i figur 2.5.
a kvm (i + 1)
a kvm i
a kvm (i-1)
a (pT D )
pT D
Figur 2.5 - Kvantisering.
Istället för a (pT D ) överförs a kvadrat (i + 1) eller a lämplig i värden. Kvantiseringsfel uppstår:
(se figur 2.4.).
Kvantisering sker:
I det första fallet är två typer av amplitudegenskaper (AH) för kvantiseringsanordningar möjliga. De visas i figur 2.6.
U ut (kvm. )
U i (AIM)
b)
Figur 2.6 - AX -kvantiseringsanordningar
Med AH som visas i figur 2.6. "A", det finns ljud i tystnadsläget () och med AH som visas i figur 2.6. "B", små signaler () återges inte.
2.2.1. Kvantisering av bruseffektberäkning
Kvantiseringsfelet kan betraktas som någon form av störning - kvantiseringsbrus. Dess inflytande på kommunikationskvaliteten kan bedömas utifrån attityden:
,
var är kvantiseringsbrusvärdet;
Genomsnittlig signalstyrka;
Kvantiseringsbruseffekt.
Del 1
TELEKOMMUNIKATION OCH INFORMATION NÄTVERK
Kapitel 1 ______
TELEKOMMUNIKATIONSNÄTVERK OCH SYSTEM. ALLMÄNNA BESTÄMMELSER
Förteckning över förkortningar
| GII (GII) | - | global informationsinfrastruktur |
| Minne | - | Minnesenhet |
| LS | - | kommunikationslinje |
| PÅ | - | programvara |
| TS | - | telekommunikationsnät |
| PSTN | - | offentligt telefonnät |
| CHNN | - | upptagen timme |
| Bankomat | - | asynkron leveransmetod |
| B-ISDN | - | integrerat bredband digitalt nätverk |
| FR | - | ramreläteknik |
| IDN | - | integrerat digitalt nätverk |
| I | - | intelligent kommunikationsnätverk |
| IP | - | internet protokoll |
| N-ISDN | - | integrerat tjänst smalband digitalt nätverk |
| PLMN | - | mobilkommunikationsnätverk med mobila objekt |
GRUNDLÄGGANDE BEGREPP AV NÄTVERK OCH TELEKOMMUNIKATIONSSYSTEM
Två funktioner är inneboende i den moderna utvecklingen av kommunikationsteknik: en digital form av representation av alla signaler - oavsett vilken typ av information som representeras av dessa signaler - tal, text, data eller bild; serviceintegration, som endast kan realiseras genom att överföra kommunikation till digital teknik. Det finns en integration av informationsöverförings- och växlingssystem, uppgifterna för terminalenheter och kommunikationsnät omfördelas på ett nytt sätt. Multifunktionella terminalenheter skapas som skiljer sig från telefon- och telegrafapparater, terminalenheter för visuell visning av data, lämpliga för mer än en typ av information. Slutligen tillåter kommunikationsnätverket röst, text, data och bilder att överföras över samma anslutning: användaren har åtkomst till detta nätverk, oavsett typ av tjänst, via en "kommunikationsplugg".
Med hjälp av dessa "revolutionära" medel ökade produktiviteten och den ekonomiska effektiviteten i arbetet för både organisationer och individer avsevärt. Slutsatsen tyder på att kombinationen av ansträngningar från tre branscher - datorindustrin (informationsteknik), konsumentelektronik (underhållningsindustri) och telekommunikation - har fört närmare uppnåendet av huvudmålet - skapandet av en global informationsinfrastruktur (GII, GII).
Det slutliga målet med GII är att säkerställa att varje konsument har tillgång till informationsgemenskapen.
Det finns några grundläggande egenskaper som en GII måste ha för att möta informationskonsumenternas krav. Dessa egenskaper kallas attribut. Det föreslagna
För varje typ av informationsmeddelanden används traditionellt en specifik överföringsmetod i nätverket, kännetecknad av principen att konvertera ett meddelande till en telekommunikationssignal och av typen av kommunikation (kommunikationsform). Så för överföring av ljudinformation är den accepterade kommunikationsformen telefon, för överföring av stillbilder används fax, för rörliga bilder - tv. Data avser typen av kodade meddelanden, vars överföringsmetod är baserad på representationen av varje informationselement (bokstav, tecken, nummer) i form av en kodkombination, överförd i form av en signal över nätverket. För kodade meddelanden används den telegrafiska metoden för informationsöverföring och dataöverföring. Nyligen har så kallade "multimedia" kommunikationsformer använts - multimedia (översatt från engelska. milt- många, media- medium) för samtidig överföring av ljud, bild och data.
Beroende på kommunikationsform kan telekommunikationssystem delas in i system för telefonkommunikation, faxkommunikation, tv -sändningar, telegrafkommunikation, dataöverföring, etc.; beroende på signalöverföringsmediet (koppar, eter, optisk fiber) - till telekommunikations- och optiska kommunikationssystem, samt trådkommunikation med styrmedia (koppar och optiska kablar) och trådlös kommunikation, där luft används för signalöverföring. Det är nödvändigt att betona vad som förenar alla dessa system i det allmänna begreppet telekommunikationssystem:
1. Det allmänna syftet med alla kommunikationssystem är att tillhandahålla tjänster till användare.
2. Alla kommunikationssystem tillhör den typ av distribuerade system, vars huvudkomponent är ett telekommunikationsnät, som gör det möjligt att använda de allmänna principerna för strukturoptimering av sådana system.
3. Kommunikationssystem, liksom alla komplexa system, kan inte betraktas isolerat från den yttre miljön. Den yttre miljön förstås som en uppsättning element av vilken art som helst som finns utanför systemet och har vissa effekter på det. Dessa element i förhållande till alla kommunikationssystem inkluderar användare som bestämmer kraven för mängden förbrukade tjänster, deras lista, kvalitet och därmed påverkar kommunikationssystemet.
Det bör noteras att själva begreppet "system" är abstrakt i förhållande till det verkliga objektet som är associerat med det och kan tolkas som en modell av objektet. Modellen låter dig reflektera de viktigaste komponenterna i objektet och utelämna de obetydliga, ur synvinkeln med dess övervägande, detaljer. I detta avseende kan ett och samma objekt kännetecknas på olika sätt av olika system, beroende på aspekterna av dess övervägande.
När man överväger modellerna för de flesta nätverk och telekommunikationssystem används begreppen protokoll och gränssnitt i stor utsträckning. Ett protokoll är en uppsättning regler och format som bestämmer interaktionen mellan objekt på samma nätverksnivåer, till exempel "person - person", "terminal - terminal", "dator - dator", "process - process", det vill säga , protokoll som beskriver interaktionsordningen mellan användare, terminaler, nätverksnoder eller separata nätverk. I det här fallet måste samma språk, samma syntaxregler och informationsformat användas. Modellens nivåstruktur möjliggör oberoende utveckling av protokoll. Varje nivå i modellen kan ha flera protokoll. Interaktionen mellan intilliggande lager tillhandahålls av gränssnitt. Ett gränssnitt är en samling hårdvara och programvara som används för att koppla ihop enheter, system eller program. Uppsättningen av interaktionsmedel mellan två intilliggande lager (gränssnitt mellan lager) innehåller reglerna för logisk och elektrisk samordning, samt en detaljerad beskrivning av meddelandeformat.
Informationsnätverk är utformade för att ge användarna tjänster relaterade till utbyte av information, dess förbrukning, bearbetning, lagring och ackumulering. Den konsument av information som har fått tillgång till informationsnätverket blir en användare. Både individer och juridiska personer (företag, organisationer, företag) kan fungera som användare. Att använda nätverket ger möjlighet att ta emot information när behovet uppstår. Ett informationsnätverk förstås som en uppsättning geografiskt spridda ändsystem som integreras i telekommunikationsnät och ger åtkomst för alla dessa system till alla nätverksresurser och deras kollektiva användning. Det är lämpligt att dela telekommunikationsnät enligt typen av kommunikation (telekommunikationsnät, optisk kommunikation, telefonkommunikation, dataöverföring, järnvägs- eller flygkommunikation, etc.).
Terminalsystem i ett informationsnät kan klassificeras som: - terminal (terminal system), tillhandahålla åtkomst till nätverket och dess resurser;
Arbetare (server, värdsystem), representerar information och beräkningsresurser;
Administrativ (ledningssystem), implementera hanteringen av nätverket och dess enskilda delar.
Informationsnätverkets resurser är indelade i information, databehandling och lagring, programvara och kommunikation.
Informationsresurserär information och kunskap ackumulerad inom alla vetenskaps-, kultur- och samhällsområden, samt produkter från underhållningsindustrin. Allt är ett system
retas i nätverksdatabaser som nätverksanvändare interagerar med. Dessa resurser bestämmer informationsnätverkets konsumentvärde och bör inte bara ständigt skapas och utökas utan också uppdatera föråldrade data i tid.
Bearbetnings- och lagringsresurser data bestäms av prestandan hos processorerna i nätverksdatorer och volymen på deras lagringsenheter (minne), samt den tid under vilken de används.
Programvara resurserär programvara (mjukvara) som är involverad i tillhandahållande av tjänster till användare, samt program med relaterade funktioner. Det senare inkluderar: fakturering, redovisning av tjänstebetalningar, navigation (säkerställer sökning efter information i nätverket), servar nätverkselektroniska brevlådor, organiserar en brygga för telekonferenser, konverterar formaten för överförda meddelanden, kryptografiskt skydd av information (kodning och kryptering) , autentisering (elektronisk signatur av dokument, intyg om deras äkthet).
Kommunikationsresurser delta i transport av information och omfördelning av flöden i omkopplingsnoden. Dessa inkluderar kapaciteten hos kommunikationslinjer, omkopplingsmöjligheter för noder, samt tidpunkten för deras användning då användaren interagerar med nätverket. Kommunikationsresurser klassificeras enligt fordonstyp: allmänt kopplat telefonnät, paketväxlat datanät, mobilnät, tv- och radiosändningsnät, digitalt integrerat servicenät, etc.
Det är vanligt att utvärdera telekommunikationsnät utifrån ett antal indikatorer som återspeglar möjligheten till effektiv informationstransport. Möjligheten att överföra information till TS är relaterad till graden av dess användbarhet, det vill säga utförandet av de angivna funktionerna i en specificerad volym på den erforderliga kvalitetsnivån under en viss period av nätverksdrift eller vid en godtycklig tidpunkt. -> Användbarheten hos ett kommunikationsnätverk bestäms av begreppen tillförlitlighet och överlevnad. Skillnaden mellan dessa begrepp beror på orsakerna och faktorerna som stör den normala driften av nätverket och kränkningarna.
Pålitlighet kommunikationsnätverk kännetecknar dess egenskap att tillhandahålla kommunikation och håller i tid värdena för ”etablerade kvalitetsindikatorer under de givna driftförhållandena. Det återspeglar förmågan att behålla kommunikationsnätverkets funktionsförmåga under påverkan, främst av interna faktorer - slumpmässiga fel på tekniska medel orsakade av åldringsprocesser, tillverkningstekniska defekter eller fel hos servicepersonal.
Vitalitet kommunikationsnätverk kännetecknar dess förmåga att bibehålla hel eller delvis driftbarhet när den utsätts för orsaker utanför nätverket och leder till förstörelse eller betydande skada på några av dess element (punkter och kommunikationslinjer). Sådana skäl kan delas in i två klasser: spontan och avsiktlig. Naturliga faktorer inkluderar dessa
som en jordbävning, jordskred, flodflod, etc., och till avsiktliga sådana - kärnvapenmissiler, sabotage, sabotage etc.
När man analyserar ett fordons genomströmning är begreppen för ett samtal och ett meddelande mycket viktiga. Ett samtal är en begäran om en anslutning mellan två nätverksanvändare för att överföra ett meddelande. Meddelande- användarbildning omvandlad till telekommunikationssignaler. Med tanke på skillnaden mellan ett samtal och ett meddelande kan vi säga att samtalsflödet går in i en nätverksnod eller någon del av det, och meddelandeflödet cirkulerar i kommunikationsnätverk för att överföra information till användaren. Behovet av att leverera meddelanden från en punkt i nätverket till en annan kan uttryckas av tyngdkraften mellan dessa punkter. Gravity> karakteriserar bedömningen av behovet av olika typer av kommunikation mellan två punkter i nätverket och bestäms av volymen av meddelanden som måste levereras inom en viss tidsperiod från en punkt 1 till en annan. Från gravitation, uttryckt med volymen av meddelanden eller informationsvolymen, kan du gå * till gravitation, uttryckt genom tidpunkten för ockupationen av kommunikationslinjen (LS), och från den - till antalet erforderliga 1C. Tyngdkraften, bestämd av mängden information, är lämplig för dataöverföringsnätet, och bestäms av mängden upptagna kanaler, för telefonnätet och olika typer av sändningsnät. Tiden för kanal ockupationen kämpar med timmars ockupationer under ett år, en dag eller en timme. Tyngdkraften beror på typen av information, användarnas territoriella plats, deras egenskaper, ekonomiska, kulturella och andra relationer. Det är omöjligt att entydigt bestämma gravitationen, eftersom den påverkas av många faktorer, därför är noggrannheten i gravitationskalkylerna vanligtvis låg.
Mängd information, som överförs mellan två punkter under en viss tidsperiod, bestäms av summan av volymerna på alla meddelanden (med hänsyn till upprepade) eller produkten av antalet överförda meddelanden - och den genomsnittliga volymen för ett meddelande. Ockupationstid för linjer eller anordningar, uttryckt i ockupationstimmar, med"-dela belastningen på dessa linjer eller enheter som produkten av det totala antalet inkommande samtal * g den genomsnittliga varaktigheten för ockupationen ... Lastintensitet- Detta är antalet arbetstimmar under en viss tid, till exempel är den mest trafikerade timmen (PNH) ett 60-minuters tidsintervall under vilket belastningen på nätverket är större än under någon annan liknande period. Vanligtvis används begreppet lastintensitet, även om det för enkelhetens skull ofta kallas last. Den dimensionslösa enheten för lastintensitet kallas erlang. En erlang är belastningens intensitet säker en enhet som kontinuerligt är upptagen i en timme.
I det fall nätverket inte kan betjäna den inkommande belastningen är det vettigt att tala om volymen av den realiserade belastningen i nätverket. Mängden av den realiserade belastningen bestäms av kommunikationsnätets bandbredd. I vissa fall kvantifieras genomströmningen. Till exempel genom värdet av det maximala informationsflödet som kan överföras mellan ett visst par punkter. Således bestäms bandbredden för nätverksdelen, vilket är flaskhalsen när nätverket delas mellan källan och mottagaren i två delar.
Ett meddelandeflöde mellan två punkter är en sekvens av meddelanden som överförs från en punkt till en annan. Förutom användbar information överförs kontroll- och signalmeddelanden i nätverket som inte har något värde för användaren. Ladda signifikant kommunikationsnätverk (utan att ge en användbar effekt) och upprepade samtal, uppstår om det första samtalet misslyckas. En meddelandeström kännetecknas av en sekvens av ankomsttider för varje nästa meddelande. Du kan uttrycka flödet och med mellanrum mellan dessa ögonblick. Typen av meddelandeflöde kan också beskrivas genom fördelningen av varaktigheterna för användning av enheter med varje inkommande meddelande. Alla flöden som cirkulerar i kommunikationsnät är indelade i deterministiska, slumpmässiga och blandade. Deterministiska flöden är flöden vars ankomsttider och meddelandevolymer är kända i förväg. Sådana strömmar inkluderar nästan alla sändningsströmmar (både ljud och tv), regelbundna sändningar av olika rapporter etc. För slumpmässiga strömmar är ankomsttiden, volymerna för enskilda meddelanden och deras adresser inte förutbestämda och är slumpmässiga variabler som beskrivs med hjälp av probabilistiska fördelningar . Dessa strömmar inkluderar telefonmeddelandeströmmar. Beroende på de specifika förhållandena kan slumpmässiga flöden vara mycket olika, men i de flesta praktiska fall är det möjligt att approximera (beskriva) intervallernas varaktighet mellan ankomsten av två intilliggande meddelanden av de kända probabilistiska fördelningslagarna, vilket gör det till möjligt att få en matematisk modell av flödet. En blandad ström innehåller både deterministiska och slumpmässiga komponenter.
1.2. FRONTIERS OF UTVECKLING AV TELEKOMMUNIKATIONSTEKNIK OCH KOMMUNIKATIONSTJÄNSTER
För att ta reda på utsikterna för utvecklingen av Ukrainas nationella informationsinfrastruktur (NII) inom ramen för den globala informationsinfrastrukturen, är det nödvändigt att förstå hur denna process kommer att fortskrida i världen, i industriellt utvecklade länder och i Ukraina , vilka nya informations- och kommunikationstekniker och tjänster som kommer att erbjudas under de kommande åren och decennierna.
Informationsrevolutionen har blivit framstegsmotorn för hela samhället. Det har länge varit känt att vetenskapliga och tekniska revolutioner (STC) radikalt förändrade mänsklighetens levnadssätt och världens utseende. Resultatet av den vetenskapliga och tekniska revolutionen var en kraftig befolkningsökning, vilket kan förväntas under de kommande två århundradena. Många forskare som arbetar med prognos tror att det under XXI -XXII -århundradena borde finnas tre vetenskapliga och tekniska revolutioner: 1 - information, 2 - bioteknisk, 3 - kvant.
Var och en av de nämnda revolutionerna kommer att leda till dramatiska förändringar i världen. Informationsrevolutionen kommer att skapa ON, som kommer att bli den tekniska basen för det globala informationssamhället. Den biotekniska revolutionen kommer att ta bort problemet med livsmedelsförsörjning för världens befolkning, och kvantrevolutionen kommer att skapa nya effektiva och säkra energikällor.
Informationsrevolutionen (slutet av XX - början av XXI -talet) förändrade betydligt informationskommunikationens ansikte. De viktigaste faktorerna i utvecklingen av infokommunikation under 2000 -talet är ekonomi, teknik och tjänster.
Information och kommunikationsteknik och tjänster härrör från ekonomin. I sin tur beror utvecklingsnivån på teknik och tjänster på graden av vetenskapliga och tekniska framsteg, och deras genomförande beror på ekonomins nivå och först och främst på befolkningens effektiva efterfrågan på vissa infokommunikationstjänster.
I den historiska utvecklingen av kommunikationsnätverk och tjänster kan fem huvudsakliga milstolpar särskiljas (fig. 1.3). Varje milstolpe har sin egen utvecklingslogik, förhållandet till de tidigare och efterföljande stadierna.
Dessutom beror varje gräns på nivån på den ekonomiska utvecklingen och de nationella egenskaperna hos en viss stat.
Första gränsen- bygga upp ett offentligt telefonnät (PSTN, PSTN - offentligt kopplat telefonnätverk). Under en lång tid har varje stat skapat sitt eget nationella analoga offentliga telefonnät. Telefonkommunikation rekommenderades till befolkningen, institutioner, företag och jämfördes med en enda tjänst - överföring av språkmeddelanden. Därefter började dataöverföring utföras via telefonnät med hjälp av modem. Ändå är telefonen fortfarande den viktigaste kommunikationstjänsten, vilket ger operatörer mer än 80% av vinsten.
Andra gränsen- digitalisering av telefonnätet. För att förbättra kvaliteten på kommunikationstjänster, öka antalet, öka automatiseringen av kontroll och teknisk utrustning i industriländerna under 1970 -talet, arbetades det med att digitalisera primära och sekundära kommunikationsnät. Integrerade digitala nätverk skapades IDN (Integral Digital Network), som främst tillhandahåller telefontjänster baserade på digitala växlings- och överföringssystem. Vid det här laget, i många länder, har digitaliseringen av telefonnät praktiskt taget upphört.
Tredje gränsen- integration av tjänster. Digitalisering av kommunikationsnätverk gjorde det möjligt att inte bara förbättra kvaliteten på tjänsterna utan också att gå över till en ökning av antalet baserat på integration. Så föddes konceptet med ett smalbandigt digitalt nätverk med integration av N-ISDN-tjänster. (Narrowband Integrated Srsice Digital Network). Användaren (abonnenten) på detta nätverk har grundåtkomst (2B + D), genom vilken information överförs via tre digitala kanaler: två kanaler V med en bithastighet på 64 kbps och en D -kanal med en bithastighet på 16 kbps. Två kanaler V används för att överföra språkmeddelanden och data, kanal th- för signalering och för dataöverföring i paketväxlingsläget. För en användare med större behov kan primäråtkomst tillhandahållas, som innehåller (30 B + D) kanaler. Begreppet N-ISDN har funnits i cirka 20 år, men har inte vunnit stor acceptans i världen av flera skäl. För det första är N-ISDN-utrustning ganska dyrt att gå i mainstream; för det andra betalar användaren ständigt för tre digitala kanaler; för det tredje överstiger listan över tjänster / U- / 50L / massanvändarens behov. Det är därför tjänsteintegration börjar ersättas av begreppet ett intelligent nät.
Under samma period har nätverk med mobila PLMN -system ( Offentlig mark Mobil Network) och teknik för datatransmissionsnätverkstjänster baserade på krets- och paketväxling: X.25, IP (Internet Protocol) , GR (ramrelä), 1P-telefoni, e -post etc.
Fjärde gränsen- smarta elnät / N (Intelligent Network). Nätverkets historia kan spåras tillbaka till 1980, då Bell System (USA) utförde arbete för att förbättra tjänsten "Service-800". Denna tjänst var huvudsakligen avsedd för laddning av fjärrsamtal till den uppringande abonnenten och har funnits bred tillämpning inom service- och handelssektorn. Sedan 1993 har IN utvecklats inom ramen för konceptet TINA (telekommunikationsinformation nätverksarkitektur) för att stödja klient-serverarkitekturen. Detta nätverk är utformat för att tillhandahålla informationstjänster till allmänheten snabbt, effektivt och ekonomiskt. Den nödvändiga tjänsten tillhandahålls användaren när och när han behöver den. Följaktligen är han skyldig att betala för den tillhandahållna tjänsten under denna tid. Således ger tjänstens snabbhet och effektivitet dess kostnadseffektivitet, eftersom om användaren använder kommunikationskanalen under en mycket kortare period, kommer detta att göra det möjligt för honom att minska kostnaderna. Detta är den grundläggande skillnaden mellan ett intelligent nätverk och tidigare nätverk, nämligen flexibiliteten och kostnadseffektiviteten i tillhandahållandet av tjänster.
Femte gränsen- bredband B-ISND (Droadband Integratyed Service Digital Network) var banbrytande för utvecklingen efter 1980 av teknikbaserade multimediatjänster Bankomat (- byta paket med fast längd (53 byte): dialog, information och distribution. Dialogtjänster tillhandahåller tjänster för överföring av information (telefontjänster, taletjänster, videokonferenser etc.). Informationstjänster (on-demand-tjänster) ger användaren möjlighet att hämta information från en mängd olika databanker. Distributionstjänster, i närvaro eller frånvaro av kontroll över tillhandahållande av information från användaren, kan skicka information från en gemensam källa till ett obegränsat antal abonnenter som har rätt att komma åt (data, text, rörliga och stillbilder, ljud, grafik, etc.). Företagskommunikation börjar inkludera inte bara konferenssamtal utan även videokonferenser, som gör det möjligt att utbyta information utan att slösa tid och pengar på resor.
I sin tur bör en minskning av kostnaden för en enskild användare för nya tjänster öka efterfrågan på dem, det vill säga leda till en ökning av tjänsteleverantörernas vinster. En motsvarande ökning av efterfrågan på tjänster kommer att leda till en ökning av utbudet av nödvändig utrustning, vilket kommer att innebära en ökning av vinsten för utrustningsleverantörerna. Således leder flexibiliteten att tillhandahålla tjänster med användning av modern teknik till en förening av de ekonomiska intressena för tre parter: användare, tjänsteleverantörer och utrustningsleverantörer.
Kontrollfrågor
1. Ange funktioner i utvecklingen av kommunikationsteknik i det nuvarande skedet.
2. Vad är kommunikationsintegration?
3. Beskriv multifunktionella terminalenheter.
4. Ge definitionen av den globala informationsinfrastrukturen.
5. Vad krävs för att implementera konceptet Global Information Infrastructure?
6. Vilka attribut (egenskaper) bör beaktas när man skapar en globald?
7. Förklara principerna och syftet med den globala informationsinfrastrukturen.
8. Ange de viktigaste egenskaperna hos den globala informationsinfrastrukturen.
9. Lista funktioner för att bygga ett informationsnätverk.
10. Förklara informationsnätverkets struktur.
11. Beskriv informationsnätverkets resurser.
12. Hur indelas telekommunikationssystem beroende på kommunikationstyp?
13. Vilka indikatorer på ett telekommunikationsnät kännetecknar dess effektivitet vid överföring av information?
14. Ge definitionen av begreppen protokoll och gränssnitt i informationsnätverk.
15. Vad är ett kommunikationsnätverks tillförlitlighet?
16. Förklara begreppet kommunikationsöverlevnad; lista de faktorer som det beror på.
17. Beskriv telekommunikationsnätets bandbredd.
18. Vad är en utmaning?
19. Vad menas i ett telekommunikationsnät med begreppet meddelande?
20. Vilka parametrar bestämmer mängden information?
21. Vilka är måttenheterna för telefontrafik och dess intensitet?
22. Vad är meddelandeflöde? Ge ett exempel.
23. Vilken information kallas användbar? Vad är dess andra typer.
24. Vad kännetecknar meddelandeflödet?
25. Namnge och karakterisera flöden som cirkulerar i kommunikationsnätverk.
26. Vad heter informationsflöden om ankomsttiden och mängden meddelanden är kända i förväg? Ge ett exempel.
27. Vad betyder begreppet "gravitation" i ett kommunikationsnätverk?
28. Beskriv ENSSU, Research Institute of Ukraine, Global Information Infrastructure.
29. Förklara huvudlinjerna för utveckling av nätverk och kommunikationstjänster.
30. Vilka funktioner har B-ISDN-bredbandsnätet?
Introduktion. 2
Digitalt telekommunikationssystem. 5
Telekommunikation. 5
1.2) Telekommunikationssystem. nio
1.3) Digital överföringssystem. 12
1.3.1) Sekundärt digitalt överföringssystem PCM120. 21
1.3.2) Tertiärt digitalt överföringssystem PCM480. 25
1.3.4. STM-N .. 32
1.4) Typer av DH .. 43
1.5) Digitala överföringssystem PCM och STM .. 56
Viktiga fördelar med SDH -teknik: 57
Nackdelar med SDH -teknik: 58
2.2. Bestäm kvantiseringssteget efter amplitud. 66
2.3. Utveckla ett schematiskt diagram över tidspektrumet för DTS. 71
2.4) Utveckla ett förstorat blockschema över DH, bestående av utrustning för tillfällig gruppering, utrustning för terminalstationen och mellanliggande stationer för linjebanan. 86
Slutsats. 91
Bibliografi. 92
Introduktion
Vetenskapliga och tekniska framsteg i slutet av 1900 -talet öppnade vägen för skapandet av ett globalt informationssamhälle där informations- och telekommunikationsteknik får särskild betydelse och utvecklas till infokommunikationssektorn.
Mänskligheten går till en ny nivå av kommunikation och informationsöverföring. Nu, för att överföra ett meddelande, behöver du inte vara på nära håll. Det är möjligt att överföra information från olika delar av planeten. Telekommunikationssystem har stor inverkan på alla områden i människolivet. Ryssland behöver finansiera utvecklingen av telekommunikationssystem, eftersom staten är ett steg lägre i jämförelse med världstrender.
Kommunikationsutvecklingen i början av XXI -talet kännetecknas av följande begrepp: universalisering, integration, intellektualisering - vad gäller tekniska medel och i nätverksplanen; globalisering, personalisering - när det gäller tjänster. Framsteg inom kommunikationsområdet bygger på utveckling och behärskning av ny telekommunikationsteknik, liksom på vidareutveckling och förbättring av de befintliga som ännu inte har uttömt sin potential.
Utvecklingen av infokommunikationssektorn i världen sker samtidigt i flera riktningar. Samtidigt, inom området telekommunikation och information, kännetecknas det av skapandet av globala infokommunikationssystem, som är baserade på digitala överföringssystem (DSP) för olika ändamål med den utbredda användningen av modern fiberoptisk teknik och digital växling system av olika typer och nivåer.
Över hela världen utvecklas digital kommunikation nu aktivt - detta är den främsta trenden i utvecklingen av telekommunikation. Kvaliteten på digital kommunikation har flera fördelar jämfört med konventionell kommunikation. På grundval av digitala överföringssystem byggs utökade transportnät för nästan alla ändamål. Tack vare vetenskapliga framsteg möjliggör moderna digitala dataöverföringssystem samtidig överföring av ljud, video och digitala signaler.
De senaste åren i Ryssland vad gäller telekommunikationsutveckling har inte varit stabila. De föregicks av den globala telekrisen, som ledde till en avmattning i tillväxten. Men även under denna period utvecklades och introducerades nya telekommunikationstekniker. Under denna period, inom ramen för OJSC Svyazinvest, var de tidigare telekommunikationsnäten strukturerade mot deras utvidgning, starka, starkt kapitaliserade, lönsamma och konkurrenskraftiga företag skapades. Som ett resultat finns det sju interregionala företag (RTO) i Ryssland, och cirka 6 500 nya registrerade operatörer verkar på telekommunikationsmarknaden. I juni 2003 antog Rysslands statsduma en ny federal lag "On Communications", som trädde i kraft den 1 januari 2004. Detta är i huvudsak relaterat till slutförandet av ett skede i utvecklingen av kommunikation i Ryssland och början på ett nytt skede.
Modernisering av markbundna sändningsnätverk genom övergången till digital teknik är en global trend följt av Ryska federationen. Övergången till digital sändning i Ryssland kommer inte bara att förse befolkningen med flerprogramsändningar av en viss kvalitet, utan kommer också att ha en stimulerande effekt på utvecklingen av mediemarknader, kommunikation och produktion av inhemsk tv- och radioutrustning, skapandet av en infrastruktur för produktion och implementering, försäljnings- och serviceorganisationer, vidareutveckling av små och medelstora företag och utveckling av konkurrens inom detta område. Huvudmålet, enligt konceptet för utveckling av TV och radiosändningar i Ryska federationen för 2008-2015, är att förse befolkningen med multiprogramsändningar med garanterad tillhandahållande av offentliga tv-kanaler och radiokanaler av en viss kvalitet, vilket gör att staten mer fullt ut kan inse medborgarnas konstitutionella rätt att få information.
I enlighet med detta mål har följande uppgifter fastställts:
Utforska de grundläggande principerna för ett digitalt dataöverföringssystem;
Tänk på vilka digitala överföringssystem som finns;
Att studera funktionerna i att bygga digitala överföringssystem.
Digitalt telekommunikationssystem
Telekommunikation
Telekommunikation (grekisk tele - distans, långt bort och latinsk kommunikation - kommunikation) - dataöverföring över långa avstånd.
Telekommunikationsmedel - en uppsättning tekniska, programvara och organisatoriska medel för dataöverföring över långa avstånd.
Telekommunikationsnät - en uppsättning telekommunikation betyder sammankopplade och bildar ett nätverk med en viss topologi (konfiguration). Telekommunikationsnät är:
Telefonnät för överföring av telefondata (röst);
Radionät för överföring av ljuddata;
TV -nätverk för överföring av videodata;
Digitala (dator) nätverk eller dataöverföringsnät (DTS) för överföring av digital (dator) data.
Data i digitala telekommunikationsnät bildas i form av meddelanden som har en viss struktur och betraktas som en helhet.
Data (meddelanden) kan vara:
Kontinuerlig;
Diskret.
Kontinuerlig data kan representeras som en kontinuerlig funktion av tiden, till exempel tal, ljud, video. Diskreta data består av tecken (symboler).
Dataöverföring i ett telekommunikationsnätverk utförs med hjälp av deras fysiska representation - signaler.
I datanätverk används följande typer av signaler för dataöverföring:
Elektrisk (elektrisk ström);
Optisk (ljus);
Elektromagnetisk (elektromagnetiskt strålningsfält - radiovågor).
För överföring av elektriska och optiska signaler används kabelkommunikationslinjer respektive:
Elektrisk (ELS);
Fiberoptik (FOCL).
Överföring av elektromagnetiska signaler sker via radiolinjer (radar) och satellitkommunikationslinjer (SLS).
Signaler, som data, kan vara:
Kontinuerlig;
Diskret.
I detta fall kan kontinuerlig och diskret data överföras i ett telekommunikationsnät antingen i form av kontinuerliga eller diskreta signaler.
Processen att konvertera (ett sätt att representera) data till den form som krävs för överföring över en kommunikationslinje och i vissa fall tillåta att detektera och korrigera fel som uppstår från störningar under överföringen kallas kodning. Ett exempel på kodning är representationen av data som binära tecken. Beroende på parametrarna för överföringsmediet och kraven på kvaliteten på dataöverföring kan olika kodningsmetoder användas.
Kommunikationslinje är ett fysiskt medium genom vilket informationssignaler överförs, bildade med speciella tekniska medel relaterade till linjär utrustning (sändare, mottagare, förstärkare, etc.). En kommunikationslinje betraktas ofta som en uppsättning fysiska kretsar och tekniska medel som har gemensamma linjära strukturer, deras underhållsanordningar och samma förökningsmedium. Signalen som överförs i kommunikationslinjen kallas linjär (från ordet linje).
Kommunikationslinjer kan delas in i två klasser:
Kabel (elektriska och fiberoptiska kommunikationsledningar);
Trådlöst (radiolänkar).
Kommunikationskanaler bygger på kommunikationskanaler.
En kommunikationskanal är en samling av en eller flera kommunikationslinjer och kanalbildande utrustning som tillhandahåller dataöverföring mellan interagerande abonnenter i form av fysiska signaler som motsvarar typen av kommunikationslinje.
En kommunikationskanal kan bestå av flera seriella kommunikationslinjer som bildar en sammansatt kanal, till exempel: en kommunikationskanal bildas mellan abonnenterna A1 och A2, inklusive telefon (TfLS) och fiberoptiska (FOCL) kommunikationslinjer. Samtidigt kan flera kommunikationskanaler bildas på en kommunikationslinje, vilket kommer att visas nedan, vilket säkerställer samtidig överföring av data mellan flera par abonnenter.
Telekommunikationssystem
Telekommunikationssystem (TS) brukar förstås som strukturer och medel som är utformade för att överföra stora mängder information (vanligtvis i digital form) genom speciellt lagda kommunikationslinjer eller radioluft. I detta fall antas det att ett betydande antal användare av systemen kommer att servas (från flera tusen). Telekommunikationssystem inkluderar sådana informationsöverföringsstrukturer som tv-sändningar (kollektivt, kabel, satellit, mobil), offentliga kopplade telefonnät (PSTN), mobilkommunikationssystem (inklusive makro- och mikrocellulära), personsökarsystem, satellitkommunikationssystem och navigationsutrustning , fiberdataöverföringsnät.
Det bör noteras att huvudkravet för kommunikationssystem är frånvaron av avbrott i kommunikationen, men viss försämring av kvaliteten på det överförda meddelandet och väntan på upprättandet av kommunikation är tillåtna.
Avsiktligt grupperas telekommunikationssystem enligt följande:
· TV -sändningssystem;
· Kommunikationssystem (inklusive ett personligt samtal);
· dator nätverk.
Efter typ av informationsöverföringsmedium som används:
· Kabel (traditionell koppar);
· Fiberoptisk;
· Ethereal;
· Satellit.
Med informationsöverföringsmetoden:
· Analog;
· Digital.
Vi kommer att titta på överföringsmetoder: analog och digital.
Det finns två klasser inom teleko(växling). Dessa är analoga och digitala system.
Analoga överförings- och kommunikationssystem (switch).
I analoga system är alla processer (mottagning, överföring, kommunikation) baserade på analoga signaler. Det finns många exempel på sådana system: tv -sändningar, radio, telefonväxling (kommunikation).
Digitala överförings- och kommunikationssystem (växling).
I digitala system kommer alla processer från digitala (diskreta) signaler. Exempel är - moderna kommunikationsmöjligheter, digital telefoni, digital -tv. Den evolutionära övergångsprocessen från analoga till digitala system är associerad med:
1. ny teknik, ålder, mikroprocessorteknologi för signalbehandling sprider sig alltmer inom tekniken.
2. En höghastighetswebb av digitala telekommunikationsnät skapas.
Webbens anslutningstrådar är motorvägar, som är en uppsättning digitala växlingskanaler (kommunikation) på global och lokal skala. Tillgång till dessa kanaler är tillåtet för olika statliga myndigheter, affärsföretag och privata användare. Överförings- och kommunikationskvaliteten är på motsvarande sätt mycket hög.
Låt oss ta en titt på fördelarna med digitala dataöverförings- och bearbetningssystem framför analoga system:
1. Pålitlighet för dataöverföring, liksom hög brusimmunitet;
2. Datalagring på högsta nivå;
3. Bundet till datorer;
4. Minimering av fel vid behandling, överföring, kommutering (kommunikation) av data;
Digitalt överföringssystem
Control, ett automatiskt styrsystem där signaler kvantiseras efter nivå och efter tid. Kontinuerliga signaler (influenser) som uppstår i den analoga delen av systemet (som vanligtvis inkluderar kontrollobjektet, ställdon och mätomvandlare) omvandlas till analog-till-digital-omvandlare, varifrån de skickas i digital form för bearbetning i en digital dator . Resultaten av databehandlingen utsätts för omvänd transformation i form av kontinuerliga signaler (influenser) matas till kontrollobjektets exekutiva mekanismer. Användningen av en digital dator låter dig avsevärt förbättra kvaliteten på kontrollen, optimera hanteringen av komplexa industriella anläggningar. Ett exempel är ett automatiserat processkontrollsystem (APCS).
| Begreppet "digital överföring" är ganska brett och innehåller många frågor, såsom val av pulsparametrar i ett specifikt överföringsmedium, konvertering av en digital sekvens till en överföringskod, etc. |
Synkronisering I digitala överföringssystem är det nödvändigt att se till att alla digitala signalbehandlingsoperationer utförs synkront och sekventiellt. Om dessa operationer hände lokalt och synkroniserades från en enda källa, skulle det inte vara några problem. I detta fall skulle det inte ställas strikta krav på stabiliteten hos masteroscillatorn, eftersom samma förändringar i klockfrekvensen skulle inträffa i alla sektioner. Men eftersom alla digitala överföringssystem kan anses bestå av två eller flera halvsatser för mottagning och överföring, separerade med betydande avstånd, blir kraven på synkronisering grundläggande. Mycket stabila och därför dyra, klockor kan vara värdelösa på grund av linjebrus som orsakar klockor. I själva verket orsakar jitter en förändring i antalet bitar som överförs över linjen. För att bekämpa detta fenomen används elastiska minnesenheter, där inspelningen utförs vid klockfrekvensen för den mottagna signalen och avläsningen utförs med klockfrekvensen för den lokala generatorn. Med sådant minne kan du kompensera för även stora men kortvariga fluktuationer i klockfrekvensen. Det elastiska minnet klarar dock inte av långvariga, även små avvikelser. Det kan flyta över eller tömmas beroende på klockförhållandet. I detta fall inträffar den så kallade glidningen. ITU-T Rekommendation G.822 standardiserar halthastigheten beroende på tjänstens kvalitet och fastställer fördelningen av arbetstiden med reducerad och otillfredsställande kvalitet. Således tillåter ITU-T-rekommendationen vissa synkroniseringsöverträdelser på synkrona digitala nätverk. ITU-T G.803 Rekommendation beskriver följande sätt för digitala nätverk när det gäller synkronisering: · synkronläge, där det praktiskt taget inte sker någon glidning, som har en slumpmässig karaktär. Detta driftsätt för nätverk med forcerad synkronisering, när alla nätverkselement tar emot en klockfrekvens från en referensgenerator. · Pseudosynkronläge uppstår när det finns flera mycket stabila oscillatorer (deras instabilitet är inte mer än 10-11 enligt G.811). En slip är tillåten på 70 dagar. Detta läge sker vid korsningar mellan nätverk med synkrona lägen för olika operatörer. · Plesiokronläge visas på det digitala nätverket när den externa tvångssynkroniseringen förloras av nätverkselementet. I ett nätverk med synkronläge kan detta hända när huvud- och backupvägarna för klocksignalen misslyckas eller när referensgeneratorn misslyckas. För att i detta fall säkerställa en acceptabel nivå av glidning, 1 glidning på 17 timmar, måste generatorerna för nätverkselementen ha en instabilitet på högst 10-9. · Asynkronläge kännetecknas av en glidning på 7 sekunder, det tillåter att ha generatorer med instabilitet inte värre än 10-5. Detta läge används praktiskt taget inte på digitala nätverk. För närvarande är alla digitala överföringssystem som används på digitala nätverk vanligtvis uppdelade i PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) och SDH (Synchronous Digital Hierarchy) system. De är skyldiga sina namn till motsvarande synkroniseringslägen. I denna artikel kommer vi att titta närmare på PDH, en separat artikel ägnas åt principerna för SDH. Plesiokrona digitala hierarki PDH -system var de första som dök upp, baserat på tidsdelningsmultiplexering (TDM) och PCM -kodningssystem. Av historiska skäl har två typer av plesiokron hierarki uppstått - Nordamerika, som främst används i USA, Kanada och Japan och europeisk, som används i de flesta länder. Bashastigheten eller nivå noll i båda typerna av hierarki (PDH och SDH) är 64 kbps, vilket refererar till en vanlig telefonkanal. Nästa steg i de plesiokrona hierarkierna är de primära digitala överföringssystemen. ITU-T rekommendation G.732 beskriver europeiska system (PCM30) och G.733 beskriver nordamerikanska system (PCM24). En ram eller ram för PCM30 -systemet har en varaktighet på 125 μs och består av 32 byte, som var och en refererar till en specifik kanal i systemet. Fig 1.1) Cykelns struktur. Figuren visar cykelns struktur. Nollkanalen är avsedd för överföring av tjänstesignaler och synkroniseringssignaler. Kanalerna 1 till 15 och 17 till 31 är information eller telefon. I varje cykel överförs 32 * 8 = 256 bitar, vilket i slutändan ger en hastighet på 2048 kbps. Kanal 16 kallas för signaleringskanal och kan användas på två sätt: · för att överföra signalinformation för telefonkanaler. I detta fall, i varje cykel, delas signalkanalbyten upp i två halvor. Under första halvåret sänds signalinformation från 1 till 15 i telefonkanalen sekventiellt i 15 cykler, i den andra - från 16 till 31 kanaler. I ramnoll sänds en multiramssynkroniseringssignal på signalkanalen. Genom signalkanalen sänds således signalinformation för varje telefonkanal med en hastighet av 2 kbit / s. · Signaleringskanalen för PCM30 -systemet kan användas för att tillhandahålla signalöverföring över en gemensam kanal, till exempel OKS nr 7, eller för dataöverföring. Låt oss förklara några av notationen i figuren. I alla overheadbytes är den bit som anges med "X" -symbolen reserverad för internationellt bruk. Bitarna “Y” är reserverade för nationellt bruk. Bit "Z" används för att signalera funktionsstörningar i multiframsynkronisering. Bit "A" används för att signalera närvaron av viktiga meddelanden. Denna signal uppstår (biten tar värdet “1”) i följande fall: · strömavbrott; · Misslyckad ramsynkronisering; · Misslyckande med linjekodningsutrustning; · Förekomsten av fel i den inkommande signalen 2,048 Mbit / s; · Frekvensen för förekomst av seriefel vid ramsynkronisering överstiger värdet 10-3. PCM24 -cykeln har också en varaktighet på 125 µs, men består av 24 byte och ytterligare en bit. Varje byte refererar till en specifik kanal i systemet.  Ris. 1.2. Cykelstruktur. Figuren visar cykelns struktur. I en cykel överförs 24 * 8 + 1 = 193 bitar, vilket ger en hastighet på 1544 kbps. Ram- och multiramsynkronisering tillhandahålls av en specifik kombination av en overheadbit, räknad över 12 cykler. Signalinformationen för telefonkanaler överförs över två underkanaler A och B, bildade av de minst signifikanta bitarna av alla kanaler, i 6 respektive 12 bildrutor. Dessa kanaler tillhandahåller signalöverföring av varje telefonkanal med en hastighet av 1,333 kbps. Frånvaron av en separat signalkanal, i jämförelse med den europeiska hierarkin, möjliggör en effektivare användning av bandbredd. Det finns dock en liten minskning av kanalhastigheten. På grund av mångfalden av bildningscykeln för signalkanaler, lika med 6, "flyter" hastighetsminskningen mellan kanalerna, vilket praktiskt taget inte påverkar talkvaliteten, men inte tillåter samtidig överföring av data via separata PCM24 -kanaler . Ram- och multiramsynkronisering stöder plesiokrona driftskrav i primära digitala system. För att synkronisera slavgeneratorerna i den europeiska hierarkin används en klockfrekvens på 2048 khz, extraherad från den digitala strömmen med en hastighet av 2048 kbit / s. Efterföljande steg i de nordamerikanska och europeiska plesiokrona digitala hierarkierna är baserade på deras primära digitala system. Tabellerna visar förhållandet mellan antalet kanaler och hastigheter. Flik. 1.1. Europeisk plesiokron digital hierarki Flik 1.2. Nordamerikansk plesiokron digital hierarki Till skillnad från den europeiska har nordamerikansk plesiokron digital hierarki ett antal variationer som inte har standardiserats av ITU-T. En annan DS1C -signal används med en hastighet av 3 152 kbps (T1C), vilket ger 48 telefonkanaler. Japan använder 32 064 kbps (480 kanaler) istället för 44 736 kbps och 97 728 kbps (1 440 kanaler) istället för 274 176 kbps. Som framgår av tabellerna i den nordamerikanska hierarkin heter signalerna DS, som står för mycket enkelt - digital signal (Digital Signal). Mycket ofta, för att ange hastigheten för digitala signaler, används alfanumeriska kombinationer, som anges i tabellerna. Den primära digitala strömmen bildas genom att kombinera kanaler per byte. På nästa nivåer sker kombinationen på basis av bit-för-bit-multiplexering av de primära strömmarna. På grund av de primära flödenas plesiokrona karaktär är glidning oundviklig när de kombineras. För att minska sannolikheten för deras förekomst används proceduren för koordinering eller utjämning av hastigheter (fyllning). Dess väsen är att lägga till "tomma" bitar i den sändande änden och utesluta dem i den mottagande änden. Detta är ett positivt stoppningsförfarande. Möjligheten att infoga ytterligare bitar tillhandahålls genom att använda en något högre kombinerad strömningshastighet än summan av de ursprungliga. Förutom ytterligare bitar överförs naturligtvis också tjänstesignaler och ramsynkroniseringssignaler. De främsta nackdelarna med den plesiokrona digitala hierarkin (PDH) är oförmågan att direkt komma åt kanaler utan att demultiplexa / multiplexa hela linjesignalen och den virtuella frånvaron av nätverksövervaknings- och kontrollverktyg. Behovet av högre hastigheter för digitala överföringssystem, ökade kvalitetskrav har lett till skapandet av synkrona digitala hierarki (SDH) -system. |
1.3.1) Sekundärt digitalt överföringssystem PCM120
Den sekundära DSP med PCM, som uppfyller CCITT-rekommendationerna för den europeiska hierarkin, är det seriella PCM-120-systemet. Det är utformat för att organisera kanaler i lokala och zonala delar av det primära nätverket via kablar av ZKNAP- och MKS -typer. Huvudenheten i PCM-120-systemet är en enhet för att generera en typisk sekundär digital ström med en överföringshastighet på 8448 kbit / s från fyra primära enheter med en överföringshastighet på 2048 kbit / s (figur 1.3). Detta, som i de primära DSP: erna, behåller alla alternativ för att organisera istället för PM -kanalerna för PDI-, ZV-, etc. -kanalerna.
1.3. Konstruktion av DSP IKM-120
Ris. 1.4. Tidspektrum för DSP IKM-120
Tabell 1.3. Tidsspektrum för DSP IKM-120.
Den linjära sökvägen är organiserad enligt ett schema med två kablar, men en enda-kabel är också tillåten i lokala delar av nätverket. Nominell layout för kabeldelen l uch = 5 km, maxlängd för fjärrströmsdelen l dptah= 200 km. Maximal längd för PM -mottagningssektionen L max = 600 km, vilket motsvarar den maximala längden för zonsektionen i det primära nätverket.
Den digitala strömmen vid CC 2-nätverksgränssnittet mellan VVG och OLT för IKM-120-systemet har parametrar som motsvarar CCITT: s rekommendationer och kan därför användas för att organisera kommunikation med hjälp av standardutrustning för RRL och FOCL.
Den sekundära digitala strömmen är indelad i cykler av varaktighet T c = 125μs, bestående av 1056 bitars intervall. Cykeln är indelad i fyra delcykler med samma varaktighet (bild 1.4.). De första åtta positionerna i I-delramen upptas av synkroniseringssignalen för den kombinerade strömmen (111001100), och de återstående 256 positionerna (från 9: e till 264: e inklusive) upptas av informationen från det kombinerade originalet symbol för symbol (fyra) strömmar. I figuren är källströmmarnas symbolnummer markerade vid motsvarande positioner. De första fyra positionerna på delcykeln II upptas av de första symbolerna för hastighetsmatchningskommandona (RCC), och de nästa fyra positionerna upptas av CC -signalerna. Den andra och tredje symbolen för KCC (kommandot för positiv koordinering har formen 111 och den negativa - 000) intar de fyra första positionerna i delramarna III och IV.
Fördelningen av symboler för KCC låter dig skydda kommandon från effekterna av utbrott av impulsbrus. Positionerna 5, ..., 8 i delram III används för att sända DI -signaler (två positioner), larm (en position) och ringa servicekommunikation (en position). I IV -cykeln vid positionerna 5, ..., 8 överförs informationen från de kombinerade strömmarna med en negativ koordinering av hastigheter. Med en positiv koordinering av hastigheter utesluts informationsöverföring på position 9, ..., 12 i IV -cykeln. Således är det totala antalet informationssymboler i cykeln 1024 + 4. Eftersom manövreringen av matchningshastigheter inte utförs oftare än 78 cykler, upptas positionerna 5, ..., 8 i delram IV mycket sällan, och därför används de för att överföra information om mellanvärden och arten av förändringar i hastigheterna för de kombinerade strömmarna.
1. Principer för att bygga trådlösa telekommunikationssystem
1.1 Arkitektur för mobilkommunikationssystem.
1.2 Nätverkets tjänst för abonnenten.
1.3 Metoder för abonnentseparation i mobilkommunikation
1.4 DECT -standard för kommunikation.
1.5 Standarder Bluetooth, Wi-Fi (802.11, 802.16).
2. System med komplexa signaler för telekommunikationssystem.
2.1 Signalspektra
2.2 Korrelationsegenskaper hos signaler
2.3 Typer av komplexa signaler
2.4 Avledda signalsystem
3. Modulering av komplexa signaler
3.1 Geometrisk representation av signaler
3.2 Metoder för fasskiftning av signaler (FM2, FM4, OFM).
3.3 Modulation med minsta frekvensförskjutning.
3.4 Kvadraturmodulering och dess egenskaper (QPSK, QAM).
3.5 Implementering av kvadraturmodem.
4. Egenskaper för signalmottagning i telekommunikationssystem.
4.1 Sannolikhet för diskrimineringsfel M kända signaler
4.2 Sannolikhet för fel vid urskiljande av M -fluktuerande signaler.
4.3 Beräkning av fel vid urskiljning av M -signaler med okända
icke-energiparametrar.
4.4 Jämförelse av synkrona och asynkrona kommunikationssystem.
5. Sammanfattning.
6. Referenser
1. Principer för att bygga trådlösa telekommunikationssystem
1.1 Arkitektur för mobilkommunikationssystem
Ett mobilkommunikationssystem är ett komplext och flexibelt tekniskt system som tillåter en mängd olika, både vad gäller konfigurationsalternativ och i en uppsättning funktioner som utförs. Ett exempel på systemets komplexitet och flexibilitet är att det kan tillhandahålla överföring av både tal och andra typer av information, i synnerhet textmeddelanden och datordata. I den del av talöverföringen, i sin tur, vanlig tvåvägs telefonkommunikation, multilateral telefonkommunikation (det så kallade konferenssamtalet-med fler än två abonnenter som deltar i ett samtal samtidigt), kan röstbrevlådan implementeras. När du organiserar en vanlig tvåvägssamtal, med ett samtal i gång, är lägena för automatisk uppringning, samtal väntar, vidarekoppling möjliga.
Ett mobilkommunikationssystem är byggt i form av en samling celler eller celler som täcker det territorium som betjänas, till exempel territoriet i en stad med förorter. Cellerna är vanligtvis schematiskt avbildade i form av vanliga sexkantiga lika stora (bild 1.1.), Vilket, i likhet med honungskakor, var anledningen till att kalla bikakesystemet. Systemets cellulära eller cellulära struktur är direkt relaterad till principen om frekvensåteranvändning - grundprincipen för cellulära systemet, som bestämmer effektiv användning av det tilldelade frekvensområdet och systemets höga kapacitet.
Ris. 1.1. Celler (celler) i systemet som täcker hela serveringsområdet.
I mitten av varje cell finns en basstation som betjänar alla mobilstationer (abonnentradiotelefoner) inom dess cell (fig. 1.2.). När en abonnent flyttar från en cell till en annan överförs hans tjänst från en basstation till en annan. Alla basstationer i systemet är i sin tur stängda för växelcentralen, från vilken det finns en utgång till Rysslands sammankopplade kommunikationsnätverk (BCC), särskilt om det händer i en stad, en utgång till en vanlig stad trådbundet telefonnät.
Ris. 1.2. En cell med en basstation i mitten som betjänar alla mobilstationer i cellen.
I fig. 1.3. det funktionsdiagram som motsvarar den beskrivna strukturen visas.
Ris. 1.3. Förenklat funktionsdiagram över ett cellulärt kommunikationssystem: BS - basstation; PS - mobilstation (abonnentradiotelefon).
I verkligheten är celler aldrig strikt geometriska. De faktiska gränserna för cellerna har formen av oregelbundna kurvor beroende på villkoren för utbredning och dämpning av radiovågor, d.v.s. från terrängen, vegetationens och byggnadernas natur och densitet och liknande faktorer. Dessutom är cellernas gränser i allmänhet inte klart definierade, eftersom gränsen för överlämnandet av en mobil station från en cell till en annan kan förskjutas inom vissa gränser med en förändring i radiovågornas utbredningsförhållanden och beroende på rörelseriktningen av mobilstationen. På samma sätt sammanfaller basstationens position endast ungefär med cellens mitt, vilket dessutom inte är så lätt att otvetydigt avgöra om cellen har en oregelbunden form. Om riktade (inte isotropa i horisontalplanet) antenner används vid basstationer, befinner sig basstationerna faktiskt vid cellernas gränser. Vidare kan mobilkommunikationssystemet innefatta mer än ett omkopplingscenter, vilket kan bero på systemets utveckling eller omkopplarens begränsade kapacitet. Till exempel strukturen för ett system av den typ som visas i fig. 1.4. - med flera växelcentraler, varav en villkorligt kan kallas "huvud" eller "master".
Ris. 1.4. Cellulärt kommunikationssystem med två växelcentraler.
Tänk på en mobilstation - det enklaste elementet i ett mobilkommunikationssystem när det gäller funktionalitet och struktur, dessutom är det det enda elementet i systemet som faktiskt är tillgängligt för användaren.
Blockdiagrammet för mobilstationen visas i fig. 1.5. Det inkluderar:
Kontrollblock;
Mottagande och mottagande enhet;
Antenn enhet.
Ris. 1.5. Blockschema över en mobil station (abonnentradiotelefonapparat).
Sändtagarenheten innefattar i sin tur en sändare, en mottagare, en frekvenssyntetiserare och en logisk enhet.
Antennenheten är den enklaste i sammansättningen: den innehåller själva antennen och mottagar-sändningsomkopplaren. Den senare för en digital station kan vara en elektronisk switch som ansluter antennen antingen till sändarens utgång eller till mottagarens ingång, eftersom mobilstationen i det digitala systemet aldrig fungerar för mottagning och överföring samtidigt.
Kontrollenheten innehåller en handenhet - mikrofon och högtalare, tangentbord och display. Knappsatsen (knappsats med siffer- och funktionstangenter) används för att slå telefonnumret till den uppringda parten, liksom kommandon som bestämmer mobilstationens driftsätt. Displayen tjänar till att visa olika information som tillhandahålls av enheten och stationens driftläge.
Avsändaren / mottagarenheten är mycket mer komplicerad.
Sändaren innehåller:
Analog-till-digital-omvandlare (ADC)-konverterar signalen från mikrofonutgången till digital form, och all efterföljande behandling och överföring av talsignalen utförs i digital form, upp till omvänd digital-till-analog-omvandling;
Talkodaren kodar en talsignal - konverterar en signal som har en digital form, enligt vissa lagar för att minska dess redundans, d.v.s. för att minska mängden information som överförs över kommunikationskanalen;
Kanalkodare - lägger till ytterligare (redundant) information till den digitala signalen som tas emot från talgivarens utsignal, utformad för att skydda mot fel under signalöverföring över kommunikationslinjen; för samma ändamål genomgår information en viss ompackning (multiplikation); dessutom inkorporerar kanalkodaren styrinformation från logikblocket i sändningssignalen;
Modulator - utför överföring av information för den kodade videosignalen till bärfrekvensen.
Mottagarens sammansättning motsvarar i princip sändaren, men med blockets omvända funktioner:
Demodulatorn extraherar en kodad videosignal som bär information från den modulerade radiosignalen;
Kanalavkodaren extraherar styrinformation från ingångsströmmen och leder den till det logiska blocket; den mottagna informationen kontrolleras för fel och de identifierade felen korrigeras om möjligt; före vidare behandling utsätts den mottagna informationen för ompackning (i förhållande till kodaren);
Talavkodaren återställer talsignalen som kommer till den från kanalavkodaren och omvandlar den till sin naturliga form, med dess inneboende redundans, men i digital form;
En digital-till-analog-omvandlare (DAC) omvandlar den mottagna talsignalen till analog form och matar den till högtalarutgången;
Utjämnaren används för att delvis kompensera för signalförvrängningar på grund av flervägsutbredning; i själva verket är det ett adaptivt filter, inställt enligt utbildningssekvensen av symboler som ingår i den överförda informationen; utjämningsblocket är i allmänhet inte funktionellt nödvändigt och kan i vissa fall vara frånvarande.
Ibland används namnet codec för att kombinera en kodare och en avkodare.
Förutom sändaren och mottagaren inkluderar sändtagarenheten en logisk enhet och en frekvenssyntetiserare. Den logiska enheten är i själva verket en mikrodator med ett eget operativt och permanent minne, som styr driften av mobilstationen. Syntetiseraren är en källa till oscillationer av bärfrekvensen som används för att överföra information över radiokanalen. Närvaron av en lokal oscillator och en frekvensomvandlare beror på att olika delar av spektrumet används för överföring och mottagning.
Blockschemat för basstationen visas i fig. 1.6.
Ris. 1.6. Basstationsblockdiagram.
Närvaron av flera mottagare och samma antal sändare möjliggör samtidig drift på flera kanaler med olika frekvenser.
Mottagare och sändare med samma namn har gemensamma avstämbara referensoscillatorer, som säkerställer deras samordnade inställning när de byter från en kanal till en annan. För att säkerställa samtidig drift av N -mottagare för en mottagare och N -sändare för en sändarantenn installeras en effektdelare för N -utgångar mellan mottagarantennen och mottagarna, och en kraftkombinator för N -ingångar installeras mellan sändarna och sändaren antenn.
Mottagaren och sändaren har samma struktur som mobilstationen, förutom att det inte finns någon DAC eller ADC, eftersom både sändaringången och mottagarutgången är digitala.
Enheten för gränssnitt med kommunikationslinjen packar informationen som överförs över kommunikationslinjen till växelcentralen och packar upp informationen som mottagits från den.
Basstationsstyrenheten, som är en tillräckligt kraftfull och perfekt dator, ger kontroll över stationsdriften, samt övervakar funktionaliteten hos alla enheter och noder som ingår i den.
Växlingscentralen är hjärncentret och samtidigt utsändningspunkten för det cellulära kommunikationssystemet, till vilket informationen strömmar från alla basstationer stängs och genom vilken åtkomst till andra kommunikationsnät utförs - ett fast telefonnät, långt -avståndskommunikationsnät, satellitkommunikation och andra mobilnät.
Blockdiagrammet för kopplingscentralen visas i fig. 1.7. Växeln utför omkoppling av informationsströmmar mellan motsvarande kommunikationslinjer. Det kan i synnerhet styra informationsflödet från en basstation till en annan, eller från en basstation till ett fast kommunikationsnät, eller vice versa.
Omkopplaren är ansluten till kommunikationslinjerna genom motsvarande kommunikationskontroller som utför mellanbehandling (packning / uppackning, buffertlagring) av informationsflöden. Den allmänna kontrollen av driften av växelcentralen och systemet som helhet utförs från den centrala styrenheten, som har kraftfull programvara. Växlingscentralens arbete involverar operatörernas aktiva deltagande, därför innehåller centret lämpliga terminaler, liksom medel för att visa och registrera (dokumentera) information. Operatören matar in data om abonnenterna och villkoren för deras tjänst, de första uppgifterna om systemets driftsätt.
Ris. 1.7. Blockdiagram över kopplingscentralen.
De viktiga elementen i systemet är databaser - hemregister, gästregister, autentiseringscenter, hårdvaruregister. Hemregistret innehåller information om alla abonnenter som är registrerade i detta system och vilka typer av tjänster som kan tillhandahållas dem. Abonnentens plats för att organisera sitt samtal registreras också här, och de tjänster som faktiskt tillhandahålls registreras. Gästregistret innehåller ungefär samma information om prenumeranter - gäster (roamers), d.v.s. om abonnenter som är registrerade i ett annat system, men som för närvarande använder mobiltjänster i detta system. Autentiseringscentret tillhandahåller procedurer för prenumerationsautentisering och meddelandekryptering. Utrustningsregistret, om det finns, innehåller information om de drivna mobilstationerna när det gäller deras användbarhet och auktoriserade användning.
1.2 Nätverkets tjänst för abonnenten
Gränssnitt - ett system av signaler genom vilka enheter i ett mobilkommunikationssystem är anslutna till varandra. Varje mobilstandard använder flera gränssnitt (olika i olika standarder).
Av alla gränssnitt som används i mobilkommunikation intar en en speciell plats - det är utbytesgränssnittet mellan mobilen och basstationerna. Det kallas on-air-gränssnittet. Luftgränssnittet används nödvändigtvis i alla mobilkommunikationssystem, med någon av dess konfigurationer och i den enda varianten som är möjlig för sin cellulära kommunikationsstandard.
Luftgränssnittet för D-AMPS-systemet enligt IS-54-standarden är jämförelsevis enkelt (bild 1.8.).
En trafikkanal är en röst- eller datakanal. Överföringen av information i trafikkanalen organiseras av på varandra följande bildrutor med en varaktighet av 40 ms. Varje ram består av sex tidsintervall - slots; korttid (6,67 ms) motsvarar 324 bitar. Med fullhastighetskodning tilldelas två platser för en talkanal i varje ram, d.v.s. Ett talsegment på 20 millisekunder packas i en plats, vars varaktighet är tre gånger mindre. Med halvfrekvenskodning tilldelas en plats i en ram till en talkanal, d.v.s. packningen av talsignalen visar sig vara dubbelt så tät som vid fullhastighetskodning.
Figur 1.8. D-AMPS systemram och platsstruktur (trafikkanal; IS-54-standard): Data-talinformation; Sync (Sc) - synkronisering (undervisning) sekvens; SACCH Slow Control Channel Alignment Information; CDVCC (CC) - kodad digital färgbekräftelsekod; G - säkerhetsämne; R är sändarens pulsfrontintervall; V, W, X, Y - hexadecimala nollor; Res - reserv.
Spåret har en något annorlunda struktur i trafikkanalen framåt - från basstationen till mobilstationen och i omvänd trafikkanal - från mobilstationen till basstationen. I båda fallen tilldelas 260 bitar för röstöverföring. Ytterligare 52 bitar upptas av kontroll- och hjälpinformation. Den innehåller: en 28-bitars träningssekvens som används för platsidentifiering inom en ram, tidtagning och justering av equalizer; 12-bitars SACCH-signalering (kontroll och hantering); 12-bitars fält för den kodade digitala färgkoden (CDVCC), som tjänar till att identifiera mobilstationen när dess signal tas emot av basstationen (koden tilldelas av basstationen individuellt för varje kanal, dvs för varje mobilstation och vidarebefordras av den senare tillbaka till basstationen).
De återstående 12 bitarna i den främre kanalen används inte (reserv), och i den omvända kanalen fungerar de som ett övervakningsintervall, under vilken ingen användbar information överförs.
I det inledande stadiet av kommunikationsetableringen används en förkortad plats, där synkroniseringssekvensen och CDVCC -koden upprepas många gånger, separerade med nollnummer av olika längder. Det finns ett extra säkerhetsämne i slutet av den förkortade platsen. Mobilstationen sänder de förkortade luckorna tills basstationen väljer den nödvändiga tidsfördröjningen, bestämd av mobilstationens avstånd från basstationen.
Det finns flera kommunikationskanaler: frekvens, fysisk och logisk.
Frekvenskanal är ett frekvensband tilldelat för överföring av information från en kommunikationskanal. Flera fysiska kanaler kan lokaliseras i en frekvenskanal, till exempel i TDMA -metoden.
En fysisk kanal i ett TDMA -system (time division multiple access) är en tidslucka med ett specifikt nummer i en sekvens av luftgränssnittsramar.
Logiska kanaler delas upp efter den typ av information som överförs i den fysiska kanalen till en trafikkanal och en kontrollkanal. Styrkanalen sänder signalinformation inklusive styrinformation och maskinvaruövervakningsinformation, och trafikkanalen sänder röst och data.
(Trafik är en samling meddelanden som överförs över en kommunikationslinje).
Tänk på hur en mobil station fungerar inom en cell i dess ("hem") system, utan överlämning. I detta fall kan fyra steg skiljas i driften av mobilstationen, vilket motsvarar fyra driftsätt:
Starta och initiera;
Standbyläge;
Anslutning (samtal) etableringsläge;
Kommunikationsläge (telefonsamtal).
Efter att ha slagit på mobilstationen utförs initialisering - första start. Under detta skede är mobilstationen konfigurerad att fungera som en del av systemet - enligt signaler som regelbundet sänds av basstationerna via motsvarande styrkanaler, varefter mobilstationen går i standbyläge.
I vänteläge övervakar mobilstationen:
Ändringar i systeminformationen - dessa ändringar kan associeras med både förändringar i systemets driftsläge och med rörelserna i själva mobilstationen;
Systemkommandon - till exempel ett kommando för att bekräfta dess funktion;
Ta emot ett samtal från systemet;
Samtalsinitiering av egen prenumerant.
Dessutom kan mobilstationen regelbundet, till exempel var 10: e ... 15: e minut, bekräfta dess funktion genom att sända lämpliga signaler till basstationen. I växelcentralen, för var och en av de påslagna mobilstationerna, är en cell fixerad i vilken den är "registrerad", vilket underlättar organiseringen av proceduren för att ringa mobilabonnenten.
Om systemet tar emot ett samtal till ett mobilabonnentnummer, dirigerar växelcentralen detta samtal till basstationen i cellen där mobilstationen är "registrerad", eller till flera basstationer i närheten av denna cell - med beaktande av abonnentens möjliga rörelse under den tid som förflutit från det ögonblick som den sista "registreringen", och basstationerna sänder den över motsvarande samtalskanaler. En ledig mobilstation tar emot samtalet och besvarar det via sin basstation, samtidigt som den data som är nödvändig för autentiseringsproceduren sänds. Om autentiseringen lyckas tilldelas en trafikkanal och motsvarande frekvenskanalnummer rapporteras till mobilstationen. Mobilstationen ställer in sig på den dedikerade kanalen och utför tillsammans med basstationen de nödvändiga stegen för att förbereda kommunikationssessionen. I detta skede ställer mobilstationen in på ett givet platsnummer i ramen, förfinar tidsfördröjningen, justerar nivån på den utstrålade effekten, etc. Valet av tidsfördröjning görs för tidsmässig matchning av luckor i ramen vid kommunikation med mobilstationer placerade på olika avstånd från basen. I detta fall regleras tidsfördröjningen för skuret som sänds av mobilstationen av basstationens kommandon.
Basstationen avger sedan ett ringande (ringande) meddelande, som kvitteras av mobilstationen, och den som ringer kan höra ringsignalen. När den uppringda parten besvarar samtalet, skickar mobilstationen en begäran om att avsluta samtalet. När anslutningen avslutas börjar kommunikationssessionen.
Under konversationen behandlar mobilstationen de överförda och mottagna talsignalerna, liksom styrsignalerna som överförs samtidigt med talet. I slutet av konversationen utbyts servicemeddelanden mellan mobilen och basstationen, varefter mobilstationens sändare stängs av och stationen går i vänteläge.
Om samtalet initieras från en mobilstation, dvs. abonnenten ringer numret på den uppringda abonnenten och trycker på "ring" -knappen på kontrollpanelen, sedan sänder mobilstationen ett meddelande via sin basstation som anger det uppringda numret och data för autentisering av mobilabonnenten. Efter autentisering tilldelar basstationen en trafikkanal, och de efterföljande stegen för att förbereda kommunikationssessionen är desamma som när ett samtal kommer från systemet.
Basstationen informerar sedan omkopplingscentralen om mobilstationens beredskap, växelcentralen överför samtalet till nätet och mobilstationens abonnent får möjlighet att höra "samtal" eller "upptagen" signaler. Anslutningen slutar på nätverkssidan.
Varje gång en anslutning upprättas utförs autentiserings- och identifieringsprocedurer.
Autentisering är ett förfarande för att bekräfta äktheten (giltighet, laglighet, rättigheter att använda mobila tjänster) hos en abonnent på ett mobilkommunikationssystem. Behovet av att införa detta förfarande orsakas av den oundvikliga frestelsen att få obehörig åtkomst till mobiltjänster.
Identifiering - proceduren för att fastställa att en mobil station tillhör en av grupperna med vissa egenskaper eller egenskaper. Detta förfarande används för att identifiera förlorade, stulna eller defekta enheter.
Tanken med autentiseringsproceduren i ett digitalt mobilkommunikationssystem är att kryptera några lösenordsidentifierare med hjälp av kvasirandomtal som periodiskt överförs till mobilstationen från växelcentralen och en krypteringsalgoritm som är specifik för varje mobilstation. Denna kryptering, med samma initiala data och algoritmer, utförs på både mobilstationen och växelcentralen, och autentisering anses framgångsrik om båda resultaten matchar.
Identifieringsförfarandet består i att jämföra abonnentenhetens identifierare med siffrorna i motsvarande "svarta listor" i utrustningsregistret för att ta bort de stulna och tekniskt defekta enheterna från cirkulation. Anordningens identifierare görs på ett sådant sätt att dess ändring eller förfalskning är svår och ekonomiskt olönsam.
När en mobilstation rör sig från en cell till en annan, överförs dess tjänst från basstationen i den första cellen till den andra basstationen (fig. 1.9.). Denna process kallas överlämning. Det inträffar endast när en mobilstation passerar en cellgräns under en kommunikationssession och kommunikationen inte avbryts. Om mobilstationen är i vänteläge spårar den helt enkelt dessa rörelser enligt systeminformationen som överförs över kontrollkanalen och växlar vid rätt tidpunkt till en starkare signal från en annan basstation.
Ris. 1.9. Överlämning från cell A till cell B när en mobilstation passerar en cellgräns.
Behovet av överlämning uppstår när kvaliteten på kommunikationskanalen, bedömd utifrån signalstyrka och / eller bitfelhastighet, faller under en acceptabel gräns. I D-AMPS-standarden mäter mobilstationen dessa egenskaper endast för arbetscellen, men när kommunikationskvaliteten försämras rapporterar den detta via basstationen till växelcentralen, och på kommando av den senare utförs liknande mätningar av mobilstationer i närliggande celler. Baserat på resultaten av dessa mätningar väljer växelcentralen den cell till vilken tjänsten ska överlämnas.
Tjänsten överförs från cellen med den sämsta kvaliteten på kommunikationskanalen till cellen med den bästa kvaliteten, och den angivna skillnaden måste vara åtminstone ett visst förutbestämt värde. Om detta villkor inte krävs, då, till exempel, när mobilstationen rör sig ungefär längs cellens kant, är flera överlämningar möjliga från den första cellen till den andra och vice versa, vilket leder till att systemet laddas med meningslöst arbete och en minskning av kommunikationskvaliteten.
Efter att ha fattat ett beslut om överlämnandet och valt en ny cell, informerar växelcentralen basstationen för den nya cellen om detta, och mobilstationen via basstationen i den gamla cellen utfärdar de nödvändiga kommandona som indikerar den nya frekvenskanalen , arbetsplatsnummer etc. Mobilstationen ställer om till den nya kanalen och ställer in sig för att arbeta tillsammans med den nya basstationen, genom ungefär samma steg som när du förbereder kommunikationssessionen, varefter kommunikationen fortsätter genom basstationen i den nya cellen. Samtidigt överstiger avbrottet i telefonsamtalet inte bråkdelar av en sekund och förblir osynlig för abonnenten.
Ett mobilkommunikationssystem kan tillhandahålla en roamingfunktion - detta är ett förfarande för tillhandahållande av mobiltjänster till en abonnent hos en operatör i systemet hos en annan operatör.
Det idealiserade och förenklade roamingorganisationsschemat är följande: en mobilabonnent som befinner sig på territoriet för ett "främmande" system som tillåter roaming, initierar ett samtal som om han befinner sig på territoriet för sitt "eget" system. Växelcentralen, som har säkerställt att denna prenumerant inte förekommer i sitt hemregister, uppfattar den som en roamer och skriver in den i gästregistret. Samtidigt ber han hemregistret för det "inhemska" roamer -systemet för information som är relaterad till honom, nödvändig för att organisera tjänsten, och informerar i vilket system roamer är för närvarande; den senaste informationen registreras i hemregistret för roamerns system. Därefter använder rumaren mobilkommunikation som hemma.
1.3 Metoder för abonnentseparation i mobilkommunikation
Länkresursen representerar den tid och bandbredd som är tillgänglig för signalöverföring på ett visst system. För att skapa ett effektivt kommunikationssystem är det nödvändigt att planera resursfördelningen bland systemets användare så att tiden / frekvensen används så effektivt som möjligt. Resultatet av sådan planering bör vara lika tillgång för användarna till resursen. Det finns tre huvudmetoder för abonnentseparation i ett kommunikationssystem.
1. Frekvensindelning. Specifika delband för det använda frekvensbandet tilldelas.
2. Tillfällig uppdelning. Prenumeranter tilldelas periodiska tidsintervall. Vissa system ger användarna en begränsad tid att kommunicera. I andra fall bestäms tid för användare att komma åt resursen dynamiskt.
3. Kodindelning. Specifika element i en uppsättning ortogonalt (eller nästan ortogonalt) distribuerade spektralkoder tilldelas, som var och en använder hela frekvensområdet.
Med frekvensdelning (FDMA) allokeras kommunikationsresursen enligt Fig. 1.10. Här är fördelningen av signaler eller användare över ett frekvensområde långsiktig eller konstant. En kommunikationsresurs kan samtidigt innehålla flera signaler utspridda i spektrumet.
Det primära frekvensbandet innehåller signaler som använder frekvensområdet mellan f 0 och f 1, det andra mellan f 2 och f 3, och så vidare. Spektrumområdena mellan de band som används kallas skyddsband. Skyddsränder fungerar som en buffert, vilket minskar störningar mellan angränsande (i frekvens) kanaler.
Ris. 1.10. Tätning för frekvensdelning.
För att CW -signalen ska använda det högre frekvensområdet omvandlas den genom superposition eller blandning (modulering) av denna signal och en sinusvåg med en fast frekvens.
Vid tidsindelning (TDMA) allokeras en kommunikationsresurs genom att tillhandahålla var och en av M -signalerna (användarna) för hela spektrumet under en kort tidsperiod, kallad en tidslucka (fig. 1.11.). Tidsintervallen som skiljer de använda intervallen kallas vaktintervaller.
Vaktintervallet skapar viss osäkerhet mellan angränsande signaler och fungerar som en buffert, vilket minskar störningar. Tiden brukar delas upp i intervaller som kallas ramar. Varje ram är indelad i tidsluckor som kan fördelas mellan användare. Den allmänna ramstrukturen upprepas periodiskt så att TDMA -dataöverföring är en eller flera tidsluckor som upprepas regelbundet genom varje ram.
Ris. 1.11. Tätning med tidsavskiljning.
Code Division Multiple Access (CDMA) är en praktisk tillämpning av spridningsspektrumtekniker som kan delas in i två huvudkategorier: direkt sekvensspridning och frekvenshoppningsspridning.
Tänk på den direkta sekvensspridningen av spektrumet. Spridningsspektrummetoden har fått sitt namn från att bandbredden som används för signalöverföring är mycket bredare än det minimum som krävs för dataöverföring. Så, N -användare får en individuell kod g i (t), där i = 1,2, ..., N. Koderna är ungefär ortogonala.
Ett blockschema över ett typiskt CDMA -system visas i fig. 1.12.
Ris. 1.12. Koddelning flera åtkomst.
Det första blocket i kretsen motsvarar datamodulering av bärvåg Acosω 0 t. Utmatningen från en modulator som tillhör en användare från grupp 1 kan skrivas enligt följande: s 1 (t) = A 1 (t) cos (ω 0 t + φ 1 (t)).
Typen av den mottagna signalen kan vara godtycklig. Den modulerade signalen multipliceras med spridningssignalen gi (t) tilldelad grupp 1; resultatet g 1 (t) s 1 (t) överförs över kanalen. På samma sätt, för användare av grupper från 2 till N, tas produkten av kodfunktionen och signalen. Ofta är tillgången till koden begränsad till en väldefinierad grupp användare. Den resulterande kanalsignalen är en linjär kombination av alla överförda signaler. Försummar förseningar vid signalöverföring kan den angivna linjära kombinationen skrivas enligt följande: g 1 (t) s 1 (t) + g 2 (t) s 2 (t) +… + g N (t) s N (t) .
Multiplikationen av s 1 (t) och g 1 (t) resulterar i en funktion vars spektrum är sammankopplingen av spektren s 1 (t) och g 1 (t). Eftersom signalen s 1 (t) kan betraktas som smalband (jämfört med g 1 (t)) kan banden g 1 (t) s 1 (t) och g 1 (t) anses vara ungefär lika. Tänk på en mottagare som är konfigurerad för att ta emot meddelanden från användargrupp 1. Antag att den mottagna signalen och koden g 1 (t) som genereras av mottagaren är helt synkroniserade med varandra. Det första steget i mottagaren är att multiplicera den mottagna signalen med g 1 (t). Resultatet blir en funktion g 1 2 (t) s 1 (t) och en uppsättning sidosignaler g 1 (t) g 2 (t) s 2 (t) + g 1 (t) g 3 (t) s 3 (t) +… + G 1 (t) g N (t) s N (t). Om kodfunktionerna g i (t) är inbördes ortogonala kan den resulterande signalen idealiskt extraheras i frånvaro av brus, eftersom
.
Sidosignaler elimineras enkelt av systemet
.
De främsta fördelarna med CDMA är sekretess och bullerimmunitet.
1. Sekretess. Om koden för en användargrupp endast är känd för auktoriserade medlemmar i denna grupp, säkerställer CDMA att kommunikationen är konfidentiell, eftersom obehöriga som inte har en kod inte kan komma åt den överförda informationen.
2. Bullerimmunitet. Modulering av en signal med en sekvens vid överföring kräver att den ommoduleras med samma sekvens vid mottagning (motsvarande demodulering av signalen) och därigenom återställer den ursprungliga smalbandssignalen. Om störningen är smalband, fungerar den demodulerande direktsekvensen vid mottagning på den som modulerande, d.v.s. "Smetar" sitt spektrum över ett brett band W ss, vilket resulterar i att endast 1 / G del av interferenskraften faller in i det smala signalbandet Ws, så att smalbandstörningen kommer att dämpas av en faktor G , där G = W ss / W s (W ss - spritt spektrumband, W s - originalspektrum). Om störningen är bredbandig - med en bandbredd i storleksordningen W ss eller bredare, kommer demodulering inte att ändra bredden på dess spektrum, och interferensen kommer in i signalbandbredden, dämpas lika många gånger som dess bandbredd är bredare än Ws bandbredd för den ursprungliga signalen.
1.4 Standard DECT för kommunikation
DECT -system och enheter distribueras i mer än 30 länder på alla världens kontinenter. Faktum är att DECT är en uppsättning specifikationer som definierar radiogränssnitt för olika typer av kommunikationsnät och utrustning. DECT kombinerar krav, protokoll och meddelanden som säkerställer driftskompatibilitet mellan kommunikationsnät och terminalutrustning. Organisationen av själva nätverken och arrangemanget av utrustning ingår inte i standarden. Den viktigaste uppgiften för DECT är att säkerställa kompatibiliteten mellan utrustning från olika tillverkare.
Inledningsvis var DECT inriktat på telefoni - radioförlängare, trådlösa kontors telefonväxlar, som ger radioåtkomst till offentliga telefonnät. Men standarden visade sig vara så framgångsrik att den började användas i dataöverföringssystem, trådlös abonnentåtkomst till offentliga kommunikationsnät. DECT har hittat applikationer i multimediaprogram och hemradionät för internetåtkomst och faxkommunikation.
Vad är DECT -radiogränssnittet? I det 20 MHz breda området (1880 - 1900 MHz) tilldelas 10 bärfrekvenser med ett intervall på 1.728 MHz. DECT använder teknik för tidsindelning - TDMA. Tidsspektrumet är uppdelat i separata 10 ms ramar (fig. 1.13.). Varje ram är uppdelad i 24 tidsluckor: 12 luckor för mottagning (från den bärbara terminalens synvinkel) och 12 för överföring. Således bildas 12 duplexkanaler på var och en av 10 bärfrekvenser - totalt 120. Duplex tillhandahålls genom tidsdelning (med ett intervall på 5 ms) för mottagning / överföring. 32-bitars sekvensen "101010 ..." används för synkronisering. DECT tillhandahåller talkomprimering i enlighet med Adaptive Differential Pulse Code Modulation -tekniken med en hastighet av 32 Kbps. Därför är informationsdelen i varje kortplats 320 bitar. Vid överföring av data är det möjligt att kombinera tidsluckor. Radiobanan använder Gaussisk frekvensmodulering.
Basstationer (BS) och abonnentterminaler (AT) DECT skannar ständigt alla tillgängliga kanaler (upp till 120). Samtidigt mäts signalstyrkan på var och en av kanalerna, som skrivs in i RSSI -listan. Om en kanal är upptagen eller har mycket brus är dess RSSI hög. BS väljer kanalen med det lägsta RSSI -värdet för kontinuerlig överföring av serviceinformation om prenumerationssamtal, stations -ID, systemfunktioner etc. Denna information spelar rollen som referenssignaler för AT - med hjälp av dem bestämmer abonnentenheter om det finns rätt att få åtkomst till en viss BS, om den tillhandahåller de tjänster som krävs av abonnenten, om det finns ledig kapacitet i systemet och väljer den BS med signal av högsta kvalitet.
I DECT definieras kommunikationskanalen alltid av AT. När en anslutning begärs från BS (inkommande anslutning) mottar AT: n en avisering och väljer en radiokanal. Overheadinformation sänds av basstationen och analyseras av abonnentterminalen konstant, därför synkroniseras AT alltid med närmast tillgängliga BS. När en ny anslutning upprättas väljer AT: n kanalen med det lägsta RSSI -värdet - detta säkerställer att den nya anslutningen finns på den "renaste" kanalen som finns. Denna dynamiska kanaltilldelning eliminerar frekvensplanering - den viktigaste egenskapen hos DECT.
Ris. 1.13. DECT -spektrum.
Eftersom AT ständigt, även med en etablerad anslutning, analyserar tillgängliga kanaler, kan de växlas dynamiskt under en kommunikationssession. Sådan omkoppling är möjlig både till en annan kanal av samma BS och till en annan BS. Denna procedur kallas "överlämning". Under överlämnandet upprättar AT en ny anslutning, och under en tid upprätthålls anslutningen på båda kanalerna. Då väljs den bästa. Automatisk växling mellan kanaler med olika BS sker nästan omärkligt för användaren och initieras helt av AT: n.
Det är viktigt att signaleffekten i DECT -utrustningens radioväg är mycket låg - från 10 till 250 mW. Dessutom är 10 mW praktiskt taget den nominella effekten för mikrocellulära system med en cellradie på 30 - 50 m inuti en byggnad och upp till 300 - 400 m i ett öppet utrymme. Sändare med effekt upp till 250 mW används för radiotäckning av stora områden (upp till 5 km).
Med en effekt på 10 mW är det möjligt att lokalisera basstationer på ett avstånd av 25 m. Som ett resultat uppnås en rekordtäthet av samtidiga anslutningar (cirka 100 tusen abonnenter), förutsatt att basstationen är placerad i en sexkant i ett plan (på en våning).
För att skydda mot obehörig åtkomst i DECT -system används BS- och AT -autentiseringsproceduren. AT är registrerat i systemet eller på enskilda basstationer som det har åtkomst till. Vid varje anslutning sker autentisering: BS skickar en AT "begäran" - ett slumpmässigt tal (64 bitar). AT och BS på grundval av detta nummer och autentiseringsnyckeln beräknar enligt en given algoritm ett autentiseringssvar (32 bitar), som AT överför till BS: n. BS jämför det beräknade svaret med det mottagna och tillåter AT -anslutningen om de matchar. DECT har en standard DSAA -autentiseringsalgoritm.
Typiskt beräknas autentiseringsnyckeln baserat på en 128-bitars UAK-abonnentautentiseringsnyckel eller en AC-autentiseringskod (16-32 bitar). UAK lagras på AT ROM eller på ett DAM -kort - en analog till ett SIM -kort. AC kan skrivas manuellt till AT ROM eller skrivas in under autentisering. Tillsammans med UAK används också en personlig användaridentifierare UPI med en längd på 16-32 bitar, endast inmatad manuellt. Dessutom är obehörig datahämtning i TDMA -system extremt svårt och endast tillgängligt för specialister.
1.5 Standarder Blåtand , Wi - Fi (802.11, 802.16)
Bluetooth-specifikationen beskriver en tidsdelad multiplexerad paketmetod. Radiotrafik sker i frekvensbandet 2400-2483,5 MHz. Radiobanan använder metoden för att sprida spektrumet med hjälp av frekvenshoppning och Gauss-frekvensmodulering på två nivåer.
Frekvenshoppningsmetoden innebär att hela bandbredden som är allokerad för överföring är uppdelad i ett visst antal 1MHz delkanaler vardera. En kanal är en pseudo-slumpmässig hop-sekvens över 79 eller 23 RF-underkanaler. Varje kanal är uppdelad i 625 µs tidssegment, där varje segment motsvarar en specifik underkanal. Sändaren använder bara en delkanal åt gången. Hoppen sker synkront i sändaren och mottagaren i en förinställd pseudoslumpmässig sekvens. Upp till 1600 frekvenshopp kan förekomma per sekund. Denna metod ger konfidentialitet och viss överföringsimmunitet. Interferensimmunitet säkerställs av det faktum att om det överförda paketet inte kunde tas emot på någon underkanal, rapporterar mottagaren detta och paketöverföringen upprepas på en av följande underkanaler, redan vid en annan frekvens.
Bluetooth-protokollet stöder både punkt-till-punkt och punkt-till-multipunkt-anslutningar. Två eller flera enheter som delar samma kanal bildar en piconet. En av enheterna fungerar som en mästare, och resten som slavar. En enda piconet kan ha upp till sju aktiva slavar, medan resten av slavarna är i "parkerat" tillstånd och förblir synkroniserade med befälhavaren. De sammankopplande piconetterna bildar ett "distribuerat nätverk".
Varje piconet har bara en master -enhet, men slavar kan tillhöra olika piconets. Dessutom kan huvudenheten för en piconet vara en slav i en annan (bild 1.14.). Piconets synkroniseras inte med varandra i tid och frekvens - var och en använder sin egen sekvens av frekvenshopp. I samma piconet synkroniseras alla enheter i tid och frekvens. Humlesekvensen är unik för varje piconet och bestäms av adressen till dess primära enhet. Cykellängden för den pseudoslumpmässiga sekvensen är 2 27 element.
Ris. 1. 14. Piconet med en slav a), flera b) och ett distribuerat nätverk c).
Bluetooth -standarden ger full duplexöverföring baserad på tidsindelning. Mastern sänder paket i udda tidsluckor och slaven sänder paket i jämna (figur 1.15). Paket, beroende på längden, kan ta upp till fem tidssegment. I detta fall ändras inte kanalfrekvensen förrän i slutet av paketöverföringen (fig. 1.16.).
Ris. 1. 15. Tidsschema för kanalen.
Bluetooth -protokollet kan stödja en asynkron datakanal, upp till tre synkrona (konstant hastighet) röstkanaler eller en kanal med samtidig asynkron dataöverföring och synkron röstöverföring.
Med en synkron anslutning reserverar huvudenheten tidssegment efter så kallade synkrona intervall. Även om paketet tas emot med ett fel sänds det inte om på en synkron anslutning. Asynkron kommunikation använder tidssegment som inte är reserverade för synkron kommunikation. Om ingen adress anges i adressfältet för ett asynkront paket anses paketet som "broadcast" - det kan läsas av alla enheter. En asynkron anslutning gör det möjligt att vidarebefordra paket som mottogs med fel.
Ris. 1. 16. Överföring av paket av olika längder.
Standard Bluetooth-paketet innehåller en 72-bitars åtkomstkod, en 54-bitars rubrik och ett informationsfält på högst 2745 bitar. Åtkomstkoden identifierar paket som tillhör samma piconet och används också för synkronisering och förfrågningsprocedurer. Den innehåller en ingress (4 bitar), ett synkroniseringsord (64 bitar) och en släpvagn - 4 bitars kontrollsumma.
Rubriken innehåller information för kommunikationskontroll och består av sex fält: AM_ADDR– 3-bitars adress för det aktiva elementet; TYPE - 4 -bitars datatypskod; FLOW - 1 bit dataflödeskontroll som indikerar enhetens beredskap att ta emot; ARQN - 1 bit korrekt mottagningsbekräftelse; SEQN - 1 bit används för att bestämma paketsekvensen; HEC - 8 -bitars kontrollsumma.
Informationsfältet, beroende på typen av paket, kan innehålla antingen röst- eller datafält, eller båda typerna av fält samtidigt.
Tänk på IEEE 802.11 -standarden som används i lokala datanätverk - dvs. i Ethernet-liknande trådlösa nätverk som i grunden är asynkrona till sin natur.
IEEE 802.11 tar hänsyn till de två nedre skikten i modellen för öppna systeminteraktion - det fysiska (sättet att arbeta med överföringsmediet, hastigheten och moduleringsmetoderna bestäms) och datalänkskiktet, och i det sista lagret betraktas det nedre underlagret - MAC, dvs. kanalåtkomstkontroll (överföringsmedium). IEEE 802.11 använder 2,400 - 2,4835 GHz -bandet med en bandbredd på 83,5 MHz och ger paketöverföring med 48 -bitars adresspaket.
Standarden ger två huvudmetoder för att organisera ett lokalt nätverk - enligt principen "var och en med varje" (kommunikation upprättas direkt mellan två stationer, alla enheter måste vara i radiosynlighetszonen, ingen administration sker) och i form av ett strukturerat nätverk (en ytterligare enhet dyker upp - en åtkomstpunkt, som regel, stationär och fungerar på en fast kanal; kommunikation mellan enheter sker endast via åtkomstpunkter, genom vilka åtkomst till externa trådbundna nätverk också är möjlig).
Normalt distribueras kontrollfunktioner mellan alla enheter i IEEE 802.11 -nätverket - DCF -läge. För strukturerade nätverk är dock PCF -läge möjligt när kontroll överförs till en specifik åtkomstpunkt. Behovet av PCF-läge uppstår vid överföring av fördröjningskänslig information. När allt kommer omkring fungerar IEEE 802.11 -nätverk på principen om samtidig kanalåtkomst - det finns inga prioriteringar. För att ställa in dem om det behövs går PCF -läget också in. Drift i detta läge kan dock endast ske vid vissa periodiskt upprepade intervall.
För säkerheten vid dataöverföring på MAC-nivå tillhandahålls stationsautentisering och kryptering av överförd data.
IEEE 802.11 ger flera olika typer av åtkomst för bärare med kollisionsdetektering. Stationen kan bara börja sända om kanalen är ledig. Om stationerna upptäcker att flera stationer försöker arbeta på samma kanal, slutar alla sända och försöker återuppta den efter en slumpmässig tid. Således, även under överföring, måste enheten övervaka kanalen, d.v.s. arbeta i receptionen.
Innan det första försöket att komma åt kanalen laddar enheten varaktigheten för det slumpmässiga väntetidsintervallet i en speciell räknare. Dess värde minskas vid den angivna frekvensen medan kanalen är ledig. Så snart räknaren är noll kan enheten uppta kanalen. Om kanalen upptas av en annan enhet innan räknaren återställs stannar räkningen och behåller det uppnådda värdet. Vid nästa försök börjar nedräkningen från det lagrade värdet. Som ett resultat får den som inte lyckades förra gången fler chanser att besätta kanalen nästa gång. Detta är inte fallet med kabelanslutet Ethernet.
De paket genom vilka överföringen sker bildas faktiskt vid MAC -lagret, vid det fysiska lagret läggs ett fysiskt lagerhuvud (PLCP) till dem, som består av en ingress och själva PLCP -huvudet. Paket med MAC -lager kan vara av tre typer - datapaket, kontrollpaket och kontrollpaket. Deras struktur är densamma. Varje paket innehåller ett MAC -huvud, informationsfält och kontrollsumma.
Trådlösa bredbandsdatanät med fast åtkomst använder IEEE 802.16-standarden.
IEEE 802.16-standarden beskriver driften av punkt-till-multipunktsystem (från mitten till många) i intervallet 10-66 GHz. Detta är ett dubbelriktat system, dvs. nedströms (från basstationen till abonnenter) och uppströms (till basstationen) tillhandahålls strömmar. I detta fall antas kanalerna vara bredband (cirka 25 MHz) och överföringshastigheterna är höga (till exempel 120 Mbit / s).
IEEE 802.16-standarden tillhandahåller ett moduleringsschema för en enda bärare (per frekvenskanal) och möjliggör tre typer av QAM: fyrposition QPSK och 16-position 16-QAM (obligatorisk för alla enheter) och 64-QAM (tillval).
Fysiska data överförs som en kontinuerlig sekvens av ramar. Varje ram har en fast varaktighet av 0,5; 1 och 2 ms. Ramen består av en ingress (synkroniseringssekvens med en längd av 32 QPSK -symboler), en kontrollsektion, en sekvens av datapaket. Eftersom systemet som definieras av IEEE 802.16 -standarden är dubbelriktat krävs en duplexmekanism. Det ger både frekvens- och tidsdelning av upplänk- och nedlänkskanalerna. Med duplex -tidskanaler delas en ram in i nedströms och uppströms delramar, separerade med ett speciellt intervall. Vid frekvensduplex sänds upplänk- och nedlänkskanalerna var och en på en annan operatör.
IEEE 802.16 MAC -skiktet är indelat i tre underlager - tjänstens transformationsöverlager (tjänster är olika applikationer), huvudunderskiktet och säkerhetsöverlagret. På skyddsnivån implementeras autentiseringsmekanismer och datakryptering. Tjänsteomvandlingens underlag transformerar dataströmmarna i protokollen för det övre lagret för dataöverföring över IEEE 802.16 -nätverk. För varje typ av applikationer på hög nivå ger standarden en annan konverteringsmekanism. Vid huvud -underunderlaget MAC bildas datapaket som sedan överförs till det fysiska lagret och sänds genom kommunikationskanalen. MAC -paketet innehåller en rubrik och ett datafält, som kan följas av en kontrollsumma.
Nyckelpunkten i IEEE 802.16 -standarden är konceptet med ett serviceflöde och de relaterade begreppen "anslutning" och "anslutningsidentifierare" (CID). En serviceström i IEEE 802.16 -standarden hänvisar till en dataström som är associerad med en specifik applikation. I detta sammanhang är en anslutning upprättandet av en logisk anslutning på MAC -nivåerna på sändnings- och mottagningssidorna för överföring av en serviceström. Varje anslutning tilldelas ett 16-bitars CID, som är unikt associerat med anslutningens typ och egenskaper. Tjänsteflödet kännetecknas av en uppsättning krav för (symbolfördröjningstiden, nivån på fördröjningsfluktuationer och den garanterade genomströmningen). Varje serviceflöde tilldelas ett SFID, baserat på vilket BS bestämmer de nödvändiga parametrarna för en specifik anslutning som är associerad med detta serviceflöde.
Grundprincipen för att tillhandahålla kanalåtkomst i IEEE 802.16 -standarden är åtkomst på begäran. Ingen SS (abonnentstation) kan sända någonting utom begäran om registrering och tillhandahållande av en kanal tills BS: n tillåter det, dvs. kommer att tilldela en tidslucka i uppströms kanal och ange dess plats. AU kan antingen begära en viss storlek på bandbredden i kanalen och be om en ändring av den kanalresurs som redan tillhandahållits den. IEEE 802.16 -standarden ger två sätt att ge åtkomst - för varje enskild anslutning och för alla anslutningar av en specifik AU. Uppenbarligen ger den första mekanismen mer flexibilitet, men den andra minskar avsevärt mängden overheadmeddelanden och kräver mindre prestanda från hårdvaran.
2. System med komplexa signaler för telekommunikationssystem
2.1 Signalspektra
Signalspektrumet s (t) bestäms av Fouriertransformen
I allmänhet är spektrumet en komplex funktion av frekvensen ω. Spektrumet kan representeras som
,
där | S (ω) | Är amplituden, och φ (ω) är fasspektrumet för signalen s (t).
Signalspektrumet har följande egenskaper:
1. Linearitet: om det finns en uppsättning signaler s 1 (t), s 2 (t),… och s 1 (t) S 1 (ω), s 2 (t) S 2 (ω),…, sedan transformeras summan av signaler Fourier enligt följande:
där a är godtyckliga numeriska koefficienter.
2. Om signalen s (t) motsvarar spektrumet S (ω), motsvarar samma signal, förskjuten med t 0, spektrumet S (ω) multiplicerat med e - jωt 0 s (tt 0) S (ω ) e - jωt 0 ...
3. Om s (t) S (ω), då
4. Om s (t) S (ω) och f (t) = ds / dt, då f (t) F (ω) = jωS (ω).
5. Om s (t) S (ω) och g (t) = ∫s (t) dt, då g (t) G (ω) = S (ω) / jω.
6. Om u (t) U (ω), v (t) V (ω) och s (t) = u (t) v (t), då
.
Signalen hittas från spektrumet med hjälp av den inversa Fourier -transformen
.
Låt oss överväga spektra för några signaler.
1. Rektangulär impuls.
Figur 2.1. Spektrum av en rektangulär puls.
2. Gaussisk impuls.
s (t) = Uexp (-βt 2)
Figur 2.2. Gaussiskt pulsspektrum.
3. Utjämnat fart
Med hjälp av numerisk integration hittar vi spektrumet S (ω).
S (0) = 2,052 S (6) = - 0,056
S (1) = 1,66 S (7) = 0,057
S (2) = 0,803 S (8) = 0,072
S (3) = 0,06 S (9) = 0,033
S (4) = - 0,259 S (10) = - 0,0072
S (5) = - 0,221 S (ω) = S (-ω)
Ris. 2.3. Utjämnat pulsspektrum.
2.2 Korrelationsegenskaper hos signaler
För att jämföra de tidsförskjutna signalerna introduceras autokorrelationsfunktionen (ACF) för signalen. Den bestämmer kvantitativt graden av skillnad mellan signalen u (t) och dess tidsskiftade kopia u (t - τ) och är lika med skalprodukten av signalen och kopian:
Det ses direkt att vid τ = 0 blir autokorrelationsfunktionen lika med signalenergin: B u (0) = E u.
Autokorrelationsfunktionen är jämn: B u (τ) = B u (-τ).
För vilket värde som helst av tidsskiftet τ överskrider ACF -modulen inte signalenergin | В u (τ) | ≤B u (0) = E u.
ACF är relaterat till signalspektret enligt följande:
.
Det omvända är också sant:
.
För en diskret signal definieras ACF enligt följande:
och har följande egenskaper.
Den diskreta ACF är jämn: B u (n) = B u (-n).
Vid nollskiftning bestämmer ACF energin för den diskreta signalen:
.
Ibland introduceras en korskorrelationsfunktion (CCF) av signaler, som inte bara beskriver skiftet av signaler relativt varandra i tid, utan också skillnaden i signalernas form.
CCF definieras enligt följande
för kontinuerliga signaler och
för diskreta signaler.
Låt oss överväga ACF för några signaler.
1. Sekvens av rektangulära pulser
Ris. 2.4. ACF för en sekvens av rektangulära pulser.
2,7-positions barker-signal
B u (0) = 7, B u (1) = B u (-1) = 0, B u (2) = B u (-2) =-1, B u (3) = B u (-3 ) = 0, B u (4) = B u (-4) =-1, B u (5) = B u (-5) = 0, B u (6) = B u (-6) =-1 , B u (7) = B u (-7) = 0.
Ris. 2.5. ACF för 7-läges Barker-signalen.
3,8-position Walsh-funktioner
2: a ordningens Walsh -funktion
B u (0) = 8, B u (1) = B u (-1) = 3, B u (2) = B u (-2) =-2, B u (3) = B u (-3 ) = - 3, B u (4) = B u (-4) = - 4, B u (5) = B u (-5) = - 1, B u (6) = B u (-6) = 2, B u (7) = B u (-7) = 1, B u (8) = B u (-8) = 0.
Ris. 2.6. ACF för Walsh -funktionen av andra ordningen.
Sjunde ordnings Walsh -funktion
B u (0) = 8, B u (1) = B u (-1) =-7, B u (2) = B u (-2) = 6, B u (3) = B u (-3 ) =-5, B u (4) = B u (-4) = 4, B u (5) = B u (-5) =-3, B u (6) = B u (-6) = 2 , B u (7) = B u (-7) =-1, B u (8) = B u (-8) = 0.
Ris. 2.7. ACF för Walsh -funktionen i sjunde ordningen.
2.3 Typer av komplexa signaler
En signal är en fysisk process som kan bära användbar information och sprida sig längs en kommunikationslinje. Med signalen s (t) menar vi en tidsfunktion som återspeglar en fysisk process med en begränsad varaktighet T.
Signaler vars bas B, lika med produkten av signallängden T och bredden på dess spektrum, är nära enhet, kallas "enkel" eller "vanlig". Differentiering av sådana signaler kan utföras i frekvens, tid (fördröjning) och fas.
Komplexa, flerdimensionella, brusliknande signaler bildas enligt en komplex lag. Under varaktigheten av signalen T genomgår den ytterligare nyckling (eller modulering) i frekvens eller fas. Ytterligare amplitudmodulering används sällan. På grund av ytterligare modulering expanderar spektrumet för signalen Af (med bibehållen dess varaktighet T). Därför, för en sådan signal, B = T Δf >> 1.
Under vissa lagar för bildandet av en komplex signal visar sig dess spektrum vara kontinuerligt och praktiskt taget enhetligt, d.v.s. nära det bandbreddsbegränsade brusspektrumet. I detta fall har signalens autokorrelationsfunktion en huvudspik, vars bredd inte bestäms av signallängden, utan av bredden på dess spektrum, d.v.s. har en form som liknar autokorrelationsfunktionen för bandbegränsat brus. I detta avseende kallas sådana komplexa signaler brusliknande.
Bullerliknande signaler har använts i bredbandskommunikationssystem, eftersom: de ger hög brusimmunitet för kommunikationssystem; tillåta att organisera samtidig drift av många abonnenter i ett gemensamt frekvensband; låter dig framgångsrikt bekämpa flervägsutbredning av radiovågor genom att dela strålar; ge bättre användning av frekvensspektrumet inom ett begränsat område jämfört med smalbandskommunikationssystem.
Ett stort antal olika brusliknande signaler (NLS) är kända. Ändå särskiljer man följande huvudsakliga NLS: frekvensmodulerade signaler; flerfrekvenssignaler; fasförskjutningsstyrda signaler; diskreta frekvenssignaler; diskreta kompositfrekvenssignaler.
Frekvensmodulerade signaler (FM) är kontinuerliga signaler, vars frekvens ändras enligt en given lag (bild 2.8.).
Ris. 2.8. FM -signal.
I kommunikationssystem krävs flera signaler. Samtidigt leder behovet av en snabb signaländring och omkoppling av bildnings- och behandlingsutrustningen till att lagen om frekvensändring blir diskret. I detta fall överförs FM -signalerna till DF -signalerna.
Multifrekvenssignaler (MF) är summan av N övertoner u 1 (t) ... u N (t), vars amplituder och faser bestäms i enlighet med lagarna för signalbildning (bild 2.9.).
Ris. 2.9. MF -signal.
MF -signaler är kontinuerliga och det är svårt att anpassa digitala tekniker för deras bildning och bearbetning.
Fasmanipulerade (PM) signaler representerar en sekvens av radiopulser, vars faser ändras enligt en given lag (fig. 2.10., A). Vanligtvis tar fasen två värden (0 eller π). I detta fall motsvarar video-FM-signalen radiofrekvens FM-signalen (fig. 2.10., B).
Ris. 2.10. FM -signal.
PM -signaler är mycket vanliga eftersom de gör det möjligt att i stor utsträckning använda digitala metoder vid formning och bearbetning, och det är möjligt att implementera sådana signaler med relativt stora baser.
Diskreta frekvenssignaler (DF) representerar en sekvens av radiopulser (fig. 2.11.), Vars bärfrekvenser ändras enligt en given lag.
Ris. 2.11. DCh -signal.
Diskreta kompositfrekvenssignaler (DFS) är DF-signaler där varje puls ersätts av en brusliknande signal.
I fig. 2.12. visar en videofrekvens PM -signal, vars enskilda delar sänds vid olika bärfrekvenser.
Ris. 2.12. DFS -signal.
2.4 Avledda signalsystem
En derivatsignal är en signal som härrör från multiplikationen av två signaler. När det gäller FM -signaler bör multiplikation utföras element för element eller, som det ofta kallas, symbol för symbol. Ett system som består av härledda signaler kallas ett derivat. Bland de härledda systemen är system konstruerade enligt följande av särskild vikt. Som grund används ett visst signalsystem, vars korrelationsegenskaper inte helt uppfyller kraven för CF, men som har vissa fördelar när det gäller enkelhet vid bildning och bearbetning. Ett sådant system kallas det ursprungliga systemet. Sedan väljs en signal som har vissa egenskaper. En sådan signal kallas en producerande signal. Genom att multiplicera genereringssignalen med varje signal i det ursprungliga systemet får vi det härledda systemet. Genereringssignalen bör väljas så att det härledda systemet är riktigt bättre än det ursprungliga, d.v.s. så att den har bra korrelationsegenskaper. Det komplexa höljet för den derivativa signalen S μ m (t) är lika med produkten av de komplexa höljena för de ursprungliga signalerna U m (t) och genereringssignalen V μ (t), d.v.s. S μ m (t) = U m (t) V μ (t). Om indexen ändras inom gränserna m = 1..M, μ = 1..H, är volymen för det härledda signalsystemet L = MH.
Valet av genereringssignaler bestäms av ett antal faktorer, inklusive det ursprungliga systemet. Om signalerna från det ursprungliga systemet är bredband kan genereringssignalen vara bredbandig och ha små nivåer av laterala toppar av osäkerhetsfunktionen, nära rms -värdet. Om signalerna i det ursprungliga systemet är smalbandiga, är det tillräckligt för att tillfredsställa ojämlikheten FV >> FU (FV är bredden på spektrumet för de genererande signalerna, FU är bredden på spektrumet för de ursprungliga signalerna) och kravet på litenhet av sidotopparna i ACF.
Låt oss ta Walsh -systemet som utgångspunkt. I detta fall måste genereringssignalerna vara bredband och ha bra ACF: er. Dessutom måste genereringssignalen ha samma antal element som originalsignalerna, d.v.s. N = 2 k element, där k är ett heltal. Dessa betingelser uppfylls i allmänhet av olinjära sekvenser. Eftersom huvudkravet är litenheten hos ACF -sidotopparna, valdes de bästa signalerna med antalet element N = 16, 32, 64 i klassen olinjära sekvenser. Dessa signaler visas i fig. 2.13. I fig. 2.13. värdena för antalet block μ för varje genereringssignal indikeras också. De ligger nära det optimala värdet μ 0 = (N + 1) / 2. Detta är en nödvändig förutsättning för att få en bra ACF med små sidotoppar.
Ris. 2.13. FM-producerande signaler.
Volymen för det härledda systemet är lika med volymen för Walsh -systemet N. Deriverade system har bättre korrelationsegenskaper än Walsh -system.
3. Modulering av komplexa signaler
3.1 Geometrisk representation av signaler
Tänk på en geometrisk eller vektorrepresentation av signaler. Låt oss definiera ett N-dimensionellt ortogonalt utrymme som ett utrymme definierat av en uppsättning N linjärt oberoende funktioner (ψ j (t)), kallade grundläggande. Varje funktion i detta utrymme kan uttryckas i form av en linjär kombination av basfunktioner som måste uppfylla villkoret
,
där operatören kallas Kronecker -symbolen. För icke -nollkonstanter K j kallas utrymmet ortogonalt. Om basfunktionerna normaliseras så att alla K j = 1 kallas utrymmet orthonormalt. Huvudortogonalitetstillståndet kan formuleras enligt följande: varje funktion ψ j (t) i uppsättningen basfunktioner måste vara oberoende av uppsättningens andra funktioner. Varje funktion ψ j (t) bör inte störa andra funktioner under detekteringsprocessen. Ur en geometrisk synvinkel är alla funktioner ψ j (t) ömsesidigt vinkelräta.
I ortogonalt signalutrymme är det euklidiska avståndsmåttet som används i detekteringsprocessen det enklaste att definiera. Om vågorna som bär signalerna inte bildar ett sådant utrymme kan de omvandlas till en linjär kombination av ortogonala signaler. Det kan visas att en godtycklig begränsad uppsättning signaler (si (t)) (i = 1 ... M), där varje element i uppsättningen är fysiskt realiserbart och har varaktighet T, kan uttryckas som en linjär kombination av N ortogonala signaler ψ 1 (t), ψ 2 (t), ..., ψ N (t), där NM, så att
var
Grundtypen (ψ j (t)) är inte specificerad; dessa signaler väljs för bekvämlighet och beror på signalöverföringens vågform. En uppsättning sådana vågor (s i (t)) kan betraktas som en uppsättning vektorer (s i) = (a i 1, a i 2,…, a iN). Signalvektorernas relativa orientering beskriver förhållandet mellan signalerna (i förhållande till deras faser eller frekvenser), och amplituden för varje uppsatt vektor (s i) är ett mått på den signalenergi som överförs under symbolöverföringstiden. I allmänhet, efter att ha valt en uppsättning N -ortogonala funktioner, bestäms var och en av de överförda signalerna si (t) helt av vektorn för dess koefficienter si = (ai 1, ai 2, ..., a iN) i = 1. .. M.
3.2 Metoder för fasskiftning av signaler (FM2, FM4, OFM)
Phase Shift Keying (PSK) utvecklades tidigt i utvecklingen av djuputforskningsprogrammet; PSK används nu i stor utsträckning i kommersiella och militära kommunikationssystem. Signalen i PSK -modulering är följande:
Här kan fasen φ i (t) ta M diskreta värden, vanligtvis definierade enligt följande:
Det enklaste exemplet på fasskiftnyckling är Binary Phase Shift Keying (PM2). Parameter E är symbolenergin, T är symbolens överföringstid. Funktionen för moduleringsschemat är att förskjuta fasen för den modulerade signalen s i (t) med ett av två värden, noll eller π (180 0). En typisk form av FM2 -signalen visas i fig. 3.1.a), där de karakteristiska skarpa fasförändringarna är tydliga under övergången mellan symboler; om den modulerade dataströmmen består av alternerande nollor och enor, kommer sådana abrupta förändringar att inträffa med varje övergång. Den modulerade signalen kan representeras som en vektor ritad i ett polärt koordinatsystem; vektorlängden motsvarar signalamplituden, och dess orientering i det allmänna M -ary -fallet motsvarar signalfasen i förhållande till de andra M - 1 -signalerna i uppsättningen. Vid modulering av FM2 (Fig. 3.1.b)) ger vektorrepresentationen två antifas (180 0) vektorer. Uppsättningarna av signaler som kan representeras av sådana antifasvektorer kallas antipodala.
Ris. 3.1. Binär fasskiftnyckling.
Ett annat exempel på fasskiftning är PM4 -modulering (M = 4). Med PM4 -modulering är parameter E energin för två symboler, tiden T är överföringstiden för två symboler. Fasen för den modulerade signalen tar ett av fyra möjliga värden: 0, π / 2, π, 3π / 2. I vektorrepresentationen har PM4 -signalen den form som visas i fig. 3.2.
Ris. 3.2. PM4 -signal i vektorrepresentation.
Låt oss överväga en annan typ av fasskiftnyckling - relativ fasskiftnyckling (OFM) eller differentiell fasskiftnyckling (DPSK). Namnet differentialfasskiftnyckling kräver viss förklaring, eftersom ordet "differential" är associerat med två olika aspekter av modulerings- / demodulationsprocessen: kodningsproceduren och detekteringsproceduren. Termen "differentialkodning" används när kodningen av binära tecken inte bestäms av deras värde (dvs noll eller ett), utan av om tecknet är detsamma eller annorlunda än det föregående. Differential koherent detektering av signaler i differentiell PSK -modulering (detta är den betydelse som vanligtvis kallas DPSK) är associerat med ett detekteringsschema som ofta kallas ett inkoherent schema eftersom det inte kräver fasmatchning med den mottagna bäraren.
I osammanhängande system görs inget försök att bestämma det inkommande signalens faktiska fasvärde. Därför, om den överförda signalen har formen
då kan den mottagna signalen beskrivas enligt följande.
Här är a en godtycklig konstant, vanligtvis antagen vara en slumpmässig variabel som är jämnt fördelad mellan noll och 2π, och n (t) är brus.
Matchade filter används för koherent detektering; för osammanhängande detektering är detta omöjligt, eftersom utmatningen från det matchade filtret i detta fall beror på den okända vinkeln α. Men om vi antar att α ändras långsamt med avseende på ett intervall på två perioder (2T), kommer fasskillnaden mellan två på varandra följande signaler inte att bero på α.
Grunden för differentiell koherent signaldetektering i DPSK -modulering är enligt följande. Under demoduleringsprocessen kan bärarfasen för det föregående symbolintervallet användas som en fasreferens. Dess användning kräver differentiell kodning av meddelandesekvensen vid sändaren, eftersom informationen kodas av fasskillnaden mellan två på varandra följande pulser. För att överföra det i: e meddelandet (i = 1,2, ..., M) måste fasen för den aktuella signalen förskjutas med φ i = 2πi / M radianer i förhållande till fasen i den föregående signalen. I allmänhet beräknar detektorn koordinaterna för den inkommande signalen genom att bestämma dess korrelation med de lokalt genererade signalerna cosω 0 t och sinω 0 t. Så som visas i fig. 3.3., Detektorn mäter vinkeln mellan vektorn för den nuvarande mottagna signalen och vektorn för den föregående signalen.
Ris. 3.3. Signalutrymme för DPSK -schemat.
DPSK är mindre effektivt än PSK eftersom fel i det förra fallet, på grund av korrelationen mellan signaler, tenderar att sprida sig (till angränsande symboltider). Det är värt att komma ihåg att PSK- och DPSK -scheman skiljer sig åt eftersom den mottagna signalen i det första fallet jämförs med den ideala referensen, och i det andra - två bullriga signaler. Observera att DPSK -modulering ger dubbelt så mycket brus som PSK -modulering. Därför bör du med DPSK förvänta dig dubbelt så mycket fel som med PSK. Fördelen med DPSK -schemat är att systemet är mindre komplext.
3.3 Modulation med minsta frekvensförskjutning.
Ett av moduleringsscheman för icke-fasgap är lägsta frekvensskiftnyckling (MSK). MSK kan ses som ett specialfall av frekvensskiftning utan fasavbrott. MSK -signalen kan representeras enligt följande.
Här är f 0 bärfrekvensen, d k = ± 1 representerar bipolär data som överförs med en hastighet av R = 1 / T, och x k är faskonstanten för det kth binära dataöverföringsintervallet. Observera att när d k = 1 är den överförda frekvensen f 0 + 1 / 4T, och när d k = -1 är den f 0 -1 / 4T. Under varje T-sekunders dataöverföringsintervall är värdet x k konstant, d.v.s. x k = 0 eller π, vilket dikteras av kravet på signalfaskontinuitet ibland t = kT. Detta krav medför en begränsning av fasen, som kan representeras av följande rekursiva relation för x k.
Ekvationen för s (t) kan skrivas om i kvadraturrepresentation.
In-fas-komponenten betecknas som en k cos (πt / 2T) cos2πf 0 t, där cos2πf 0 t är bäraren, cos (πt / 2T) är den sinusformade symbolvägningen och k är den databeroende termen. På samma sätt är kvadraturkomponenten bk sin (πt / 2T) sin2πf 0 t, där sin2πf 0 t är bärarens kvadraturterm, sin (πt / 2T) är samma sinusformade symbolvägning och bk är den informationsberoende termen . Det kan tyckas att värdena a k och b k kan ändra deras värde varje T sekund. På grund av kravet på faskontinuitet kan dock värdet på en k ändras endast när funktionen cos (πt / 2T) passerar genom noll, och b k - endast när funktionen cos (πt / 2T) passerar genom noll. Därför är symbolvägningen i I / Q -kanalen en sinusformad puls med en period av 2T och ett variabeltecken. In-fas- och kvadraturkomponenterna förskjuts i förhållande till varandra med T sekunder.
Uttrycket för s (t) kan skrivas om i en annan form.
Här har d I (t) och d Q (t) samma känsla av dataströmmar i fas och kvadratur. Ett MSK -schema som skrivs i denna form kallas ibland för en förkodad MSK. En grafisk representation av s (t) visas i fig. 3.4. I fig. 3.4. a) och c) visar sinusformad viktning av pulserna i fas- och kvadraturkanalerna, här ger multiplikation med sinusformen jämnare fasövergångar än i den ursprungliga datarepresentationen. I fig. 3.4. b) och d) moduleringen av de ortogonala komponenterna cos2πf 0 t och sin2πf 0 t med sinusformade dataströmmar visas. I fig. 3.4. e) summeringen av de ortogonala komponenterna som visas i fig. 3.4. b) och d). Från uttrycket för s (t) och figur 3.4. vi kan dra följande slutsatser: 1) signalen s (t) har ett konstant kuvert; 2) RF -bärarens fas är kontinuerlig med bitövergångar; 3) signalen s (t) kan betraktas som en FSK -modulerad signal med överföringsfrekvenser f 0 + 1 / 4T och f 0 -1 / 4T. Således kan det minsta tonavstånd som krävs för MSK -modulering skrivas enligt följande:
vilket är halva bithastigheten. Observera att tonavståndet som krävs för MSK är hälften (1 / T) avståndet som krävs för osammanhängande detektering av FSK -modulerade signaler. Detta beror på att bärarfasen är känd och kontinuerlig, vilket möjliggör koherent demodulering av signalen.
Ris. 3.4. Minsta offset manipulation: a) modifierad i fas bitström; b) produkten av bitströmmen i fas och bäraren; c) modifierad kvadraturbitström; d) produkten av kvadraturbitströmmen och bäraren; e) MSK -signal.
3.4 Kvadraturmodulation och dess egenskaper ( F PSK , QAM )
Tänk på Quadrature Phase Shift Keying (QPSK). Den ursprungliga dataströmmen d k (t) = d 0, d 1, d 2, ... består av bipolära pulser, d.v.s. d k ta värden +1 eller -1 (Fig. 3.5.a)), som representerar binär ett och binärt noll. Denna ström av pulser är uppdelad i en fasfasström d I (t) och en kvadraturström - d Q (t), som visas i fig. 3.5.b).
d I (t) = d 0, d 2, d 4, ... (jämna bitar)
d Q (t) = d 1, d 3, d 5, ... (udda bitar)
En bekväm ortogonal implementering av QPSK-signalen kan erhållas med användning av amplitudmodulering av in-fas- och kvadraturströmmen på sinus- och cosinusfunktionerna hos bäraren.
Med hjälp av trigonometriska identiteter kan s (t) representeras i följande form: s (t) = cos (2πf 0 t + θ (t)). QPSK -modulatorn som visas i fig. 3.5.c), använder summan av de sinusformiga och cosinus termerna. Pulsströmmen d I (t) används för amplitudmodulering (med en amplitud på +1 eller -1) av en cosinusvåg. Detta motsvarar en 0 eller π fasförskjutning av cosinus; därför är resultatet en BPSK -signal. På samma sätt modulerar pulsströmmen d Q (t) en sinusoid för att producera en BPSK -signal vinkelrät mot den föregående. När dessa två ortogonala bärarkomponenter adderas samman erhålls en QPSK -signal. Värdet θ (t) motsvarar en av fyra möjliga kombinationer av d I (t) och d Q (t) i uttrycket för s (t): θ (t) = 0 0, ± 90 0 eller 180 0; de resulterande signalvektorerna visas i signalutrymmet i fig. 3.6. Eftersom cos (2πf 0 t) och sin (2πf 0 t) är ortogonala kan de två BPSK -signalerna detekteras separat. QPSK har flera fördelar jämfört med BPSK: med QPSK -modulering sänder en puls två bitar, sedan fördubblas datahastigheten, eller vid samma datahastighet som i BPSK -schemat används halva bandbredden; samt ökad bullerimmunitet, tk. pulserna är dubbelt så långa och därför kraftfullare än BPSK -pulserna.
Ris. 3.5. QPSK -modulering.
Ris. 3.6. Signalutrymme för QPSK -schemat.
Kvadraturamplitudmodulation (KAM, QAM) kan betraktas som en logisk fortsättning av QPSK, eftersom QAM-signalen också består av två oberoende amplitudmodulerade bärare.
Med kvadraturamplitudmodulering förändras både fasen och amplituden hos signalen, vilket gör det möjligt att öka antalet kodade bitar och samtidigt öka brusimmuniteten avsevärt. Kvadraturrepresentationen av signaler är ett bekvämt och ganska universellt sätt att beskriva dem. Kvadraturrepresentation består i att uttrycka oscillationen med en linjär kombination av två ortogonala komponenter - sinusformad och cosinus (fas och kvadratur):
s (t) = A (t) cos (ωt + φ (t)) = x (t) sinωt + y (t) cosωt, där
x (t) = A (t) (- sinφ (t)), y (t) = A (t) cosφ (t)
Sådan diskret modulering (nyckling) utförs på två kanaler, på bärare, förskjutna med 90 0 i förhållande till varandra, d.v.s. kvadrat (därav namnet).
Låt oss förklara hur kvadraturkretsen fungerar med hjälp av exemplet på bildandet av signaler från en fyrfas FM (FM-4) (fig. 3.7).
Ris. 3.7. Kvadraturmodulator krets.
Ris. 3.8. Hexadecimalt signalutrymme (QAM-16).
Den ursprungliga sekvensen av binära symboler med varaktighet T är uppdelad med ett skiftregister i udda pulser y, som matas in i kvadraturkanalen (cosωt), och till och med pulser x, som matas in i fas-kanalen (sinωt). Båda pulssekvenserna matas till ingångarna hos motsvarande formare av manipulerade pulser, vid vilka utsignalerna av bipolära pulser x (t) och y (t) med en amplitud av ± U m och en varaktighet av 2T bildas. Pulserna x (t) och y (t) matas till ingångarna till kanalmultiplikatorerna, vid vilka tvåfas (0, π) FM-oscillationer bildas. Efter summering bildar de en FM-4-signal.
I fig. 3.8. visar ett tvådimensionellt signalutrymme och en uppsättning hex-QAM-modulerade signalvektorer representerade med prickar, arrangerade i en rektangulär konstellation.
Fikon. 3.8. det kan ses att avståndet mellan signalernas vektorer i signalutrymmet med QAM är större än med QPSK, därför är QAM mer brusimmun än QPSK,
3.5 Implementering av kvadraturmodem
Modemet är utformat för att överföra / ta emot information via vanliga telefonkablar. I denna mening fungerar modemet som ett gränssnitt mellan datorn och telefonnätet. Dess huvudsakliga uppgift är att konvertera den överförda informationen till en form som är acceptabel för överföring via telefonkommunikationskanaler och att konvertera den mottagna informationen till en form som är acceptabel för en dator. Som du vet kan en dator bearbeta och överföra information i binär kod, det vill säga i form av en sekvens av logiska nollor och sådana, kallade bitar. En logisk kan tilldelas en högspänningsnivå och en logisk nolla - en låg. Vid överföring av information via telefonkablar är det nödvändigt att egenskaperna hos de överförda elektriska signalerna (effekt, spektral sammansättning, etc.) motsvarar kraven för den automatiska mottagningsutrustningen för telefonväxlar. Ett av huvudkraven är att signalspektret ligger i intervallet från 300 till 3400 Hz, det vill säga har en bredd på högst 3100 Hz. För att tillfredsställa detta och många andra krav utsätts data för lämplig kodning, som i själva verket upptas av modemet. Det finns flera möjliga kodningsmetoder där data kan överföras via abonnentuppringningskretsar. Dessa metoder skiljer sig från varandra, både i överföringshastighet och i bullerimmunitet. Samtidigt, oavsett kodningsmetod, överförs data via abonnentkanaler endast i analog form. Detta innebär att en sinusformad bärarsignal används för att överföra information, som utsätts för analog modulering. Användningen av analog modulering resulterar i ett mycket smalare spektrum med en konstant bithastighet. Analog modulering är en fysisk kodningsteknik där information kodas genom att ändra amplituden, frekvensen och fasen för en sinusformad bärarsignal. Det finns flera grundläggande metoder för analog modulering: amplitud, frekvens och relativ fas. Modem använder de listade moduleringsmetoderna, men inte separat, men alla tillsammans. Till exempel kan amplitudmodulering användas tillsammans med fasmodulering (amplitud-fasmodulering). Det största problemet som uppstår vid överföring av information över abonnentkanaler är ökningen av hastigheten. Hastigheten begränsas av kommunikationskanalens bandbredd. Det finns emellertid en metod som avsevärt kan öka informationsöverföringshastigheten utan att öka signalspektrumbredden. Huvudtanken med denna metod är att använda kodning med flera positioner. Sekvensen av databitar är indelade i grupper (symboler), som var och en är associerad med ett visst diskret tillstånd hos signalen. Till exempel, med 16 olika signaltillstånd (de kan skilja sig från varandra, både i amplitud och i fas), kan du koda alla möjliga kombinationer för sekvenser med 4 bitar. Följaktligen låter 32 diskreta tillstånd dig koda en grupp med fem bitar i ett tillstånd. I praktiken används för att öka informationsöverföringshastigheten huvudsakligen multipositionsamplitud-fasmodulering med flera möjliga värden för amplitudnivåerna och fasskiftning av signalen. Denna typ av modulering kallas kvadraturamplitudmodulation (QAM). När det gäller QAM är det bekvämt att avbilda signaltillstånd på signalplanet. Varje punkt i signalplanet har två koordinater: signalens amplitud och fas och är en kodad kombination av en sekvens av bitar. För att öka brusimmuniteten för kvadraturamplitudmodulering kan den så kallade Trellis Code Modulation (TCM) eller, med andra ord, trelliskodning användas. Trellismodulering lägger till ytterligare en redundant spaljebit till varje grupp bitar som sänds i ett diskret signaltillstånd. Om till exempel informationsbitarna är indelade i grupper om 4 bitar (totalt 16 olika kombinationer är möjliga), placeras 16 signalpunkter i signalplanet. Att lägga till den femte spaljebiten resulterar i 32 möjliga kombinationer, det vill säga antalet signalpunkter kommer att fördubblas. Men inte alla bitkombinationer är lagliga, det vill säga vettigt. Detta är tanken bakom spaljkodning. Värdet på den tillsatta spaljebiten bestäms enligt en speciell algoritm. En speciell kodare är ansvarig för beräkning av den tillsatta spaljebiten. På det mottagande modemet är en speciell avkodare, den så kallade Viterbi-avkodaren, utformad för att analysera inkommande bitsekvenser. Om de mottagna sekvenserna är tillåtna anses det att överföringen sker utan fel och spaljebiten avlägsnas helt enkelt. Om det bland de mottagna sekvenserna finns förbjudna sekvenser, så använder Viterbi -avkodaren med en speciell algoritm den lämpligaste tillåtna sekvensen och korrigerar därmed överföringsfel. Så, innebörden av spaljekodning är att öka brusimmuniteten hos överföringen till en relativt liten redundans. Användningen av spaljekodning gör det möjligt att i huvudsak skydda mot förvirring just de punkter som ligger intill signalutrymmet, som bara är mest mottagliga för möjligheten till "förvirring" under påverkan av störningar.
4. Egenskaper för signalmottagning i telekommunikationssystem
4.1 Sannolikheter för diskrimineringsfel M kända signaler
Signaldetektering inom elektronik förstås som analysen av den mottagna oscillationen y (t), som slutar med ett beslut om närvaro eller frånvaro av någon användbar komponent i den, som kallas en signal. Differentiering av M -signaler definieras som en analys av den mottagna oscillationen y (t), som slutar med ett beslut om vilken av M -signalerna som tillhör den angivna uppsättningen S (s 0 (t), s 1 (t), ... , s M -1 (t)) finns i y (t). Signaldetektering är ett speciellt fall för att skilja mellan två signaler, varav en är lika med noll under hela observationsintervallet.
Låt den observerade fluktuationen y (t) vara en förverkligande av en slumpmässig process som har en fördelning W y, d.v.s. n-dimensionell sannolikhetstäthet (PV) W (y) [eller PV-funktionen W (y (t))] som tillhör en av de M oskarvade klasserna W i (W i ∩W k = Ø, i ≠ k, i, k = 0, 1, ..., M-1). Det är nödvändigt, efter att ha observerat implementeringen av y (t), att avgöra vilken av klasserna W y tillhör. Antagandet att W y W i kallas hypotesen H i: W y W i. Beslut som är resultatet av testhypoteser kommer att betecknas, där i (0, 1, ..., M-1) är hypotesens nummer, vars sanning förklaras av det antagna beslutet. Den analyserade svängningen y (t) är resultatet av interaktionen mellan signalen s i (t) som finns i den med en störande slumpmässig process (interferens, brus) x (t): y (t) = F. IP: n för ensemblen som y (t) tillhör beror på vilken av M möjliga signaler som finns i y (t), så att varje si (t) motsvarar en viss klass W i av ensemblefördelningarna representerade av y ( t). Således tolkas hypoteser H i som antaganden om närvaron av i-th (och endast i-th) signalen i y (t). I det här fallet är beslut, varav ett är resultatet av diskrimineringsförfarandet, uttalanden om att den mottagna oscillationen innehåller exakt den i: e signalen. Klasserna W i motsvarar hypoteserna H i. Hypotesen Hi kallas enkel om klassen Wi innehåller en och bara en fördelning. Varje annan hypotes kallas komplex. M komplexa hypoteser kallas parametriska om motsvarande klasser skiljer sig från varandra endast genom värdena för ett begränsat antal parametrar med samma fördelning som beskrivs av en känd lag. Annars kallas hypoteserna parametriska.
Tänk på skillnaden mellan M -deterministiska icke -noll -signaler av samma energi. I detta fall kommer regeln om maximal sannolikhet (MP) att läggas till grund
optimal i det fall då kvalitetskriteriet är summan av de villkorliga felsannolikheterna, eller den totala felsannolikheten med lika bakre sannolikheter för alla signaler p i = 1 / M.
För ett godtyckligt M anser diskriminatorn som följer MP -regeln att signalen som är minst avlägsen från y (t) i betydelsen av det euklidiska avståndet är närvarande i y (t) 
eller, som vid samma signalenergier motsvarar att ha maximal korrelation med y (t) 
... Om vi betraktar signalerna s 0 (t), s 1 (t), ..., s M -1 (t) som ett gäng vektorer som finns i det M -dimensionella rummet, för att minska risken för förvirring av den i: e signalen med k-th, bör i: e och k: e vektorerna maximalt "förlängas". Således reduceras det optimala valet av M -deterministiska signaler till sökandet efter en sådan konfiguration av strålen av M -vektorer, där det minsta euklidiska avståndet mellan ett par vektorer skulle vara maximalt: sinne ik = max (i ≠ k). Sedan när energierna är lika, d.v.s. vektorlängder
där ρ ik är korrelationskoefficienten för ith- och kth -signalerna, E är signalenergin, då är kravet på ett maximalt minsta avstånd identiskt med villkoret för ett minimum av den maximala korrelationskoefficienten i uppsättningen signaler S (s 0 (t), s 1 (t), ..., s M -1 (t)). Det högsta möjliga minimumet för den maximala korrelationskoefficienten fastställs ganska enkelt. Genom att summera ρ ik över alla i och k får vi
där ojämlikheten följer av torgets icke -negativitet under integralen. I summan till vänster är dessutom M-termerna för i = k lika med en, och de återstående M (M-1) är inte mer än ρ max = max ρ ik (i ≠ k). Därför är M + M (M-1) ρ max ≥0 och ρ max ≥-1 / (M-1).
En konfiguration av M -vektorer där cosinus för vinkeln mellan valfritt par är -1 / (M -1) kallas en vanlig simplex. Om dessa vektorer tas som M -signaler, kommer den resulterande deterministiska ensemblen, med alla si (t) lika troliga, att tillhandahålla ett minimum av den totala felsannolikheten P osh, vilket löser frågan om det optimala valet av M -signaler. När M >> 1 är förhållandet -1 / (M -1) ≈0 uppfyllt, och därför, med ett stort antal urskiljbara signaler, förlorar den ortogonala ensemblen praktiskt taget inte den enkla i värdet av P osh.
Sekvensen för härledningen av det exakta uttrycket för felsannolikheten att skilja M -signaler med godtyckligt ρ ik är följande. Sannolikhetstätheten (PV) för systemet med slumpmässiga variabler z 0, z 1,…, z M -1 är den M -dimensionella normallagen, för att fastställa vilken det är tillräckligt att känna till medel för alla z i och deras korrelationsmatris. För medelvärden, om hypotesen H l är sann, har vi. Korrelationsmomentet för i-th och k-th-korrelationerna är lika med N 0 Eρ ik / 2. Efter att den M-dimensionella PV har hittats tillåter dess M-faldiga integral över regionen z l ≥z i, i = 0, 1,…, M-1 oss att få sannolikheten för en korrekt lösning förutsatt att Hl är sann. Summan av sådana sannolikheter, dividerat med M (med hänsyn tagen till signalernas likvärdighet), kommer att vara den totala sannolikheten för rätt lösning P pr, relaterad till P osh med den uppenbara likheten P osh = 1-P pr. M- vik integral som sålunda erhållits i ett antal viktiga fall kan reduceras till enstaka post. Så, för alla lika korrelerade (ekvidistanta) signaler (ρ ik = ρ, i ≠ k)
I praktiska beräkningar används detta uttryck sällan på grund av behovet av numerisk integration. Dess övre gräns är användbar, för vars härledning vi antar att hypotesen Hl är sann. I det här fallet uppstår alltid ett fel när minst en av händelserna z i> z l, i ≠ l är sann. Dess sannolikhet P osh l, lika med sannolikheten för att kombinera händelser z i> z l, i ≠ l, enligt sannolikhetstilläggssatsen,
och på grund av Booles ojämlikhet är det högst den första summan till höger. Eftersom varje term av denna summa är sannolikheten för att blanda ihop två signaler, då för lika avstånd från signaler
Här är signal-brus-förhållandet vid utgången från filtret som matchas med s i (t) under hypotesen H i, 
- sannolikheten för att blanda ihop två signaler. För utrustningsbara signaler (p i = 1 / M) når vi den så kallade additiva gränsen för den totala felsannolikheten
Användningen av detta uttryck motiveras å ena sidan av den asymptotiska konvergensen mellan dess högra sida och P osh när kraven för diskrimineringens kvalitet ökar (P osh → 0), och å andra sidan av det faktum att utvecklaren väljer den erforderliga signalenergin (minimivärdet q) från höger sida av uttrycket, agerar alltid med en känd försäkran och ser till att den faktiska sannolikheten för fel hålls under den siffra han antog i beräkningen.
4.2 Sannolikheter för diskrimineringsfel M fluktuerande signaler
Observatören är ingalunda alltid a priori medveten om de urskiljbara signalerna i detalj. Oftare vet han inte i förväg inte bara antalet signaler som finns i den analyserade implementeringen, utan också värdena för alla parametrar (amplitud, frekvens, fas, etc.) för var och en av M möjliga signaler. I detta fall är själva signalerna inte längre deterministiska, eftersom deras parametrar inte är specificerade; motsvarande diskrimineringsproblem kallas diskriminerande signaler med okända parametrar.
Låt oss överväga lösningen på detta problem genom exemplet med att skilja signaler med slumpmässiga inledande faser. Sådana signaler beskrivs av modellen
s i (t; φ) = Re (i (t) exp),
där f 0 - känd mittfrekvens; φ är en slumpmässig inledande fas med a priori PV W 0 (φ); (t) = S (t) e jγ (t) är det komplexa höljet för signalen s (t), vilket är förverkligandet av s (t; φ) vid φ = 0: s (t) = s (t; 0); S (t) och γ (t) är de kända lagarna för amplitud och vinkelmodulation. Tillämpningen av MT -regeln måste föregås av beräkningen av sannolikhetsfunktionen (funktionell) W (y (t) | H i), d.v.s. medelvärdet av FP W (y (t) | H i, φ), byggt för deterministiska signaler med en fast fas φ över alla dess möjliga värden, med hänsyn till a priori PV W 0 (φ). Med en enhetlig PV för fasen W 0 (φ) = 1 / (2π), | φ | ≤π, med hänsyn till likheten mellan energierna för alla urskiljbara signaler, är W (y (t) | H i) en modifierad Border-funktion med nollordning:
där c är en koefficient som innehåller faktorer oberoende av i, och 
- modul för korrelation av komplexa kuvert för den mottagna oscillationen y (t) och i-th-signalen. Monotoniteten i funktionen I 0 (
Således måste den optimala diskrimineraren av M -signaler med lika energi med slumpmässiga initialfaser beräkna alla M -värden för Zi och, om det maximala av dem är Zk, bestämma närvaron av kth -signalen i y (t). Detta innebär att signalen, vars komplexa hölje har den största modulkorrelationen med det komplexa höljet y (t), anses ingå i den observerade oscillationen y (t).
De exakta formlerna för sannolikheterna för att skilja fel M i godtyckliga signaler är ganska besvärliga även för M = 2, men i applikationer möts ensembler av signaler som är ortogonala i förstärkt bemärkelse oftare. Det senare betyder att alla två icke-sammanfallande signaler s i (t; φ i), s k (t; φ k) är ortogonala för alla värden i de inledande faserna:
∫s i (t; φ i) s k (t; φ k) dt = 0 för alla φ i, φ k och i ≠ k,
eller, ekvivalent, de deterministiska komplexa höljena för dessa signaler är ortogonala:
.
Ortogonalitetstillståndet är i starkare bemärkelse strängare än det vanliga ortogonalitetskravet, som dök upp tidigare i tillämpningen på deterministiska signaler. Således är två segment av en kosinusvåg, förskjuten med en vinkel på ± π / 2, som är ortogonala i vanlig bemärkelse, inte ortogonala när fasskiftet ändras, d.v.s. i förbättrad mening. Samtidigt är signaler som inte överlappar varandra i tid eller spektrum ortogonala och förstärkta.
Om vi först övergår till att skilja två signaler är det lätt att förstå att det motsatta paret, som minimerar P osh i klassen av deterministiska signaler, är oacceptabelt i problem där de inledande faserna av signaler är slumpmässiga. Det enda tecknet genom vilket motsatta signaler skiljer sig är tecknet, d.v.s. närvaron eller frånvaron av termen π i den inledande fasen. Men när var och en av signalerna förvärvar ett slumpmässigt fasskifte innan de kommer till diskriminatorn är försök att använda den inledande fasen som ett karakteristiskt drag hos signalen meningslösa, och i diskriminatorn måste man bli av med det oinformativa värdet av φ. Således kan vi komma fram till att simplex -ensembler i klass M≥2 -signaler med slumpmässiga faser inte har optimala egenskaper. Det är ensemblerna av signaler som är ortogonala i förstärkt bemärkelse som visar sig vara optimala: var och en av dessa signaler orsakar ett svar vid utgången av endast ett av filtren i mottagarkretsen, och därför blandningen av ith -signalen med kth -signalen inträffar endast när brushöljet vid utgången k -th matchade filtret (SF) kommer att ha ett värde som överstiger värdet på kuvertet för summan av signalen med brus vid utgången från i -th SF. Överträdelse av ortogonalitetstillståndet i förbättrad mening kommer att leda till att en reaktion på den i: e signalen uppträder vid utgången av inte bara i: t utan även andra SF: er, till exempel k: ten, som ett resultat varav kuvertutmatningen vid utgången av k-th SF är större än värdet av Zi, kommer att bli mer sannolikt.
För att hitta sannolikheten för förvirring p 01 s 0 (t; φ) med s 1 (t; φ) när man skiljer mellan två signaler är det nödvändigt att integrera leden SP Z 0, Z 1 under hypotesen H 0 W (Z 0, Z 1 | H 0) över regionen Z 1> Z 0. För signaler ortogonala i förstärkt bemärkelse är värdena för Z 0 och Z 1 oberoende, därför är W (Z 0, Z 1 | H 0) = W (Z 0 | H 0) W (Z 1 | H 0) . Endimensionella PW Z 0 och Z 1 är kända: om H 0 är sant har Z 0 en generaliserad Rayleigh PW som kuvert för summan av signalen med brus; Z 1 som endast bullerhöljet är en slumpmässig variabel från Rayleigh. Multiplicera dessa PW, efter att ha integrerat det erhållna PW W (Z 0, Z 1 | H 0) och tagit hänsyn till den uppenbara jämlikheten p 01 = p 10 för den totala sannolikheten för felet för att skilja två lika troliga ortogonala i de förstärkta avkänningssignalerna med slumpmässiga faser får vi
Upprepning av resonemanget i punkt 4.2. (för deterministiska signaler) leder till en additiv gräns
som i regel används för att uppskatta felsannolikheten om antalet lika troliga ortogonala i förstärkt bemärkelse signalerar M≥2.
4.3 Beräkning av diskrimineringsfel M signaler med okända parametrar utan energi
Tänk på problemet med att skilja "M" ortogonala signaler med en okänd tidsposition i asynkrona kommunikationssystem med koddelningsmultiplexering. Beslutet om närvaron av en signal i kanalen fattas med hjälp av metoden för maximal sannolikhet. Låt oss ta reda på sannolikheten för diskrimineringsfelet, med hänsyn till bruspikarna i intervallet för möjliga signalfördröjningar.
Låt oss anta att det finns "M" -abonnenter i kommunikationssystemet, som var och en använder sin egen signal. Simplexsignaler ger störst brusimmunitet under informationsöverföring under sådana förhållanden. För M >> 1 sammanfaller brusimmuniteten hos ett sådant signalsystem praktiskt taget med brusimmuniteten för ett system med ortogonala signaler, för vilka
Här är E kf signalenergin f k. Ortogonalitetstillståndet, som kan kallas "punktortogonalitet", kräver i praktiken ett enhetligt tidssystem för att organisera synkron kommunikation. I asynkrona system används förstärkta ortogonala signaler, för vilka för alla värden på τ k och τ m
Om R km (τ k, τ m)<0.25 – 0.3, то можно считать ансамбль сигналов практически удовлетворяющим условию ортогональности.
Vi kommer att överväga ett system av komplexa signaler (f k (t)), k = 1 ... M ortogonalt med ett godtyckligt skift. Bland komplexa signaler, fasskiftade (PM) signaler med ett komplext kuvert av formuläret
där a i är sekvenskoden, u 0 (t) är formen på kuvertet för det elementära meddelandet, Δ är dess varaktighet. När det gäller ett rektangulärt pakethölje har autokorrelationsfunktionen (ACF) följande form:
Här är R 0 (τ) = (1- | τ | / Δ). I närheten av maxvärdet för ACF R (τ) = R 0 (τ) = (1- | τ | / Δ). Vid mottagarens ingång, efter att ha passerat genom flervägskanalen, kan den användbara signalen skrivas som
δ n är den relativa fördröjningen av signalen längs strålen med talet n, τ är den okända ankomsttiden, som ligger inom intervallet. ε n = A n / A 0 är den relativa amplituden för "n" -strålen, parametern ν har betydelsen av antalet ytterligare förökningsstrålar. Relativa förseningar δ n> Δ, d.v.s. strålar delas vid behandling av en komplex signal. När ν = 0 har signalen formen s (t) = A 0 f (t-τ 0).
Låt oss överväga behandlingsalgoritmen. Blandningen matas till mottagarens ingång
x (t) = s k (t-τ 0k) + η (t), (t),
där sk (t) är en av de möjliga signalerna, k = 1 ... M, τ 0 k är signalens tidsfördröjning, η (t) är vitt gaussiskt brus med noll medelvärde och effektspektraldensitet N 0/ 2. Det är nödvändigt att bestämma vilken av de M möjliga signalerna som är närvarande vid mottagarens ingång. Tänk på en mottagare utan flervägskompensation. Den linjära delen av en sådan mottagare innehåller M -kanaler, där statistik över formen
Uttrycket för L k (τ k) kan skrivas om i en mer bekväm form för analys
Här och i efterföljande formler utelämnas index k för korthet om egenskaperna hos en kanal undersöks, z 0 2 = 2A 0 2 E f / N 0 är signal-brus-effektförhållandet, S (τ-τ 0 ) = ∫f (t-τ) f (t-τ 0) dt / E f-normaliserad signalfunktion, N (τ) = ∫n (t) f (t-τ) dt-normaliserad brusfunktion med noll medelvärde , enhetsvarians och korrelationsfunktion
Enligt algoritmen för maximal sannolikhet fattas beslutet till förmån för signalnumret m om supL m (τ m) ≥supL k (τ k). För att hitta sannolikheterna för korrekta och felaktiga beslut enligt denna regel, är det nödvändigt att beräkna fördelningen av de absoluta maxima för processerna L (τ) på intervallet [T 1, T 2].
Låt oss överväga en teknik för att beräkna sannolikheten för ett fel vid diskriminering av M-signaler med okända parametrar i en enkelvägs signalutbredning (eller i ett optimalt signaltilläggsschema). Låt oss beteckna med H k = supL k (τ k) - värdet av det absoluta maximala statistiken vid utsignalen från k -th -mottagarkanalen. Vi skriver den gemensamma fördelningen av slumpmässiga variabler (H 1, H 2, .. H M) som w (u 1, u 2, .. u M). Ortogonalitetstillståndet för signalerna f k (t) i statistisk mening betyder oberoende av de slumpmässiga variablerna H k, k = 1..M. Då kan sannolikheten för en korrekt lösning enligt algoritmen för maximal sannolikhet skrivas
Om vi tar hänsyn till tillståndet för ortogonalitet hos signalsystemet (s k (t)), då
Antag att signalsystemet (s k (t)) har samma energi, det vill säga z 0 m = z 0 k = z 0. Sedan kan formlerna för H m och H k skrivas om som
Distributionsfunktionen för det absoluta maximala hk för implementering av en gaussisk process med korrelationsfunktionen R (τ) kan approximeras med formeln
ξ = (T 2 -T 1) / Δ är den reducerade längden på a priori -intervallet [T 1, T 2], som har betydelsen av antalet upplösningar för PM -signaler i detta intervall. Tillnärmningen är asymptotiskt exakt som ξ → ∞, u → ∞. För ändliga värden på ξ och u kan en mer exakt approximation användas
Sannolikhetsintegral. För ξ >> 1 och z 0 >> 1 kan fördelningsfunktionen för det absoluta högsta h m skrivas som F m (u) = F s (u) F N (u) ≈Φ (u-z 0) F N (u). Genom att ersätta uttrycken F N (u) och F m (u) i relationen för P -rättigheter får vi efter motsvarande transformationer
Den första termen motsvarar den tidigare sannolikheten för en korrekt lösning för M lika möjliga händelser. Den andra termen bestämmer förändringen i sannolikhet på grund av beslutsfattande. Som z 0 → ∞ tenderar integralen i uttrycket för P -rättigheter till 1 och följaktligen P -rättigheter → 1.
Den totala felsannolikheten för att diskriminera M -signaler med okända parametrar är
Det framgår av formlerna att med en ökning av antalet urskiljbara signaler ökar sannolikheten för ett beslutsfel P e (z 0). Med en ökning av det a priori intervallet av tidsfördröjningar för signaler ξ ökar sannolikheten för diskrimineringsfel P e (z 0) betydligt.
4.4 Jämförelse av synkrona och asynkrona kommunikationssystem
Vanligtvis, när man överväger prestandan hos en mottagare eller demodulator, antas någon nivå av signalsynkronisering. Till exempel, vid koherent fasdemodulering (PSK -schema) antas det att mottagaren kan generera referenssignaler vars fas är identisk (möjligen upp till en konstant förskjutning) med fasen hos sändarens signalelement. I processen att bestämma värdet på den mottagna symbolen (enligt principen om maximal sannolikhet) jämförs sedan referenssignalerna med de inkommande.
Vid generering av sådana referenssignaler måste mottagaren synkroniseras med den mottagna bäraren. Detta innebär att fasen för den inkommande operatören och dess kopia på mottagaren måste matcha. Med andra ord, om informationen inte är kodad i den inkommande bäraren, kommer den inkommande bäraren och dess kopia i mottagaren att passera genom noll samtidigt. Denna process kallas för faslåst loop (detta är ett villkor som måste uppfyllas så nära som möjligt om vi exakt vill demodulera koherent modulerade signaler i mottagaren). Som ett resultat av den faslåsta slingan synkroniseras mottagarens lokala oscillator i frekvens och fas med den mottagna signalen. Om bärarsignalen modulerar en underbärare snarare än en bärare direkt, är det nödvändigt att bestämma både bärarfasen och underbärvågsfasen. Om sändaren inte faslåser bäraren och underbäraren (vilket den vanligtvis gör) kommer mottagaren att behöva generera en underbärarkopia, varvid fasstyrningen av underbärarkopian utförs separat från fasstyrningen av bärkopian. Detta gör att mottagaren kan få fassynkronisering på både bäraren och underbäraren.
Dessutom antas att mottagaren vet exakt var den inkommande symbolen börjar och var den slutar. Denna information behövs för att känna till motsvarande symbolintegrationsintervall - energiintegrationsintervallet innan du bestämmer symbolvärdet. Uppenbarligen, om mottagaren integreras över ett olämpligt längdintervall eller över ett intervall som spänner över två symboler, minskar förmågan att fatta ett korrekt beslut.
Det kan ses att symbol- och fassynkronisering har något gemensamt som båda innebär att man kopierar en del av den överlåtna signalen vid mottagaren. För fassynkronisering blir detta en exakt kopia av bäraren. För symboliskt är detta en kvadratisk våg med nollkorsning samtidigt med övergången av den inkommande signalen mellan symboler. En mottagare som kan göra detta sägs ha karaktärssynkronisering. Eftersom det vanligtvis finns ett mycket stort antal bärarperioder per symbolperiod är denna andra synkroniseringsnivå mycket grövre än fassynkronisering och utförs vanligtvis med ett annat schema än det som används för fassynkronisering.
Många kommunikationssystem kräver en ännu högre nivå av synkronisering, som vanligtvis kallas ramsynkronisering. Ramsynkronisering krävs när information tillhandahålls i block eller meddelanden som innehåller ett fast antal tecken. Detta händer till exempel när man använder en blockkod för att implementera ett system för felskydd för framåt eller om kommunikationskanalen är tidsdelad och används av flera användare (TDMA-teknik). Med blockkodning måste avkodaren känna till gränserna mellan kodorden, vilket är nödvändigt för korrekt avkodning av meddelandet. När du använder en tidsdelningskanal måste du veta var gränserna mellan kanalanvändare ligger, vilket är nödvändigt för korrekt informationsriktning. Liksom symbolsynkronisering är ramsynkronisering ekvivalent med möjligheten att generera en fyrkantvåg vid en bildhastighet med nollövergångar som sammanfaller med övergångar från en bildruta till en annan.
De flesta digitala kommunikationssystem som använder koherent modulering kräver alla tre synkroniseringsnivåer: fas, symbol och ram. Icke-koherenta moduleringssystem kräver vanligtvis endast symbol- och ramsynkronisering; eftersom moduleringen inte är koherent krävs ingen exakt fassynkronisering. Dessutom kräver osammanhängande system frekvenssynkronisering. Frekvenssynkronisering skiljer sig från fassynkronisering genom att bärarreplikan som genereras av mottagaren kan ha godtyckliga fasförskjutningar från den mottagna bäraren. Mottagarens struktur kan förenklas om det inte finns något krav för att bestämma det exakta värdet för fasen för den inkommande bäraren. Tyvärr medför denna förenkling en försämring av beroende av överföringstrohet på signal-brusförhållandet.
Fram till nu har diskussionens centrum varit den mottagande delen av kommunikationskanalen. Ibland spelar sändaren emellertid en mer aktiv roll vid synkronisering - den ändrar tidpunkten och frekvensen för dess sändningar för att matcha mottagarens förväntningar. Ett exempel på detta är ett satellitkommunikationsnätverk där flera markbundna terminaler skickar signaler till en enda satellitmottagare. I de flesta av dessa fall använder sändaren backlänken från mottagaren för att bestämma tidsnoggrannheten. Följaktligen krävs ofta en tvåvägskommunikation eller nätverk för att sändarsynkronisering ska lyckas. Av denna anledning kallas sändarsynkronisering ofta som nätverkssynkronisering.
Behovet av att synkronisera mottagaren kostar. Varje ytterligare synkroniseringsnivå kommer till en högre kostnad för systemet. Den mest uppenbara investeringen av pengar är behovet av ytterligare programvara eller hårdvara för att mottagaren ska kunna ta emot och underhålla synkronisering. Dessutom, och mindre uppenbart, betalar vi ibland för den tid det tog att synkronisera före kommunikationens början, eller den energi som krävs för att överföra signaler som kommer att användas i mottagaren för att ta emot och underhålla synkronisering. I det här fallet kan frågan uppstå varför konstruktören av ett kommunikationssystem bör överväga en systemdesign som överhuvudtaget kräver en hög grad av synkronisering. Svaret: förbättrad prestanda och mångsidighet.
Tänk på en typisk kommersiell analog AM -radio som kan vara en viktig del av ett sändningskommunikationssystem som inkluderar en central sändare och flera mottagare. Detta kommunikationssystem är inte synkroniserat. Samtidigt måste mottagarens bandbredd vara tillräckligt bred för att inte bara inkludera informationssignalen, utan också alla bärfluktuationer som orsakas av Doppler -effekten eller driften av sändarens referensfrekvens. Detta krav på sändarbandbredd innebär att ytterligare brusenergi tillförs detektorn utöver den energi som teoretiskt krävs för att överföra information. Något mer sofistikerade mottagare som innehåller ett bärarspårningssystem kan inkludera ett smalt bandpassfilter centrerat på bäraren, vilket avsevärt minskar brusenergin och ökar det mottagna signal-brusförhållandet. Följaktligen, även om konventionella radioapparater är ganska lämpliga för att ta emot signaler från stora sändare på ett avstånd av flera tiotals kilometer, kan de vara ineffektiva under lägre kvalitetsförhållanden.
För digital kommunikation övervägs ofta avvägningar mellan mottagarprestanda och komplexitet när man väljer modulering. Några av de enklaste digitala mottagarna inkluderar mottagare avsedda att användas med binärt FSK med osammanhängande detektering. Det enda kravet är bitsynkronisering och frekvensspårning. Men om du väljer det sammanhängande BPSK-schemat som modulering kan du få samma sannolikhet för bitfel, men med ett lägre signal-brus-förhållande (cirka 4 dB). Nackdelen med BPSK -modulering är att mottagaren kräver noggrann fasföljning, vilket kan vara ett komplext designproblem om signalerna har höga dopplerhastigheter eller bleknar.
En annan avvägning mellan pris och prestanda innebär felkorrigeringskodning. Betydande prestandaförbättringar kan göras med lämpliga felskyddstekniker. Samtidigt kan kostnaden när det gäller mottagarens komplexitet vara hög. Blockavkodaren kräver att mottagaren uppnår block-, ram- eller meddelandesynkronisering för korrekt funktion. Detta förfarande är ett tillägg till det normala avkodningsförfarandet, även om det finns vissa felkorrigeringskoder som har inbyggd block -synkronisering. Konvolutionskoder kräver också lite extra synkronisering för att få optimal prestanda. Även om prestandaanalys av konvolutionskoder ofta antar en oändlig ingångssekvenslängd, är det i praktiken inte fallet. Därför måste avkodaren känna till det ursprungliga tillståndet (vanligtvis alla nollor) från vilka informationssekvensen börjar, det slutliga tillståndet och tiden för att nå det slutliga tillståndet, för att säkerställa minsta felfel. Att veta när det ursprungliga tillståndet slutar och när det slutliga tillståndet uppnås motsvarar att ha ramsynkronisering. Dessutom måste avkodaren veta hur man grupperar kanalsymbolerna för att fatta ett fanoutbeslut. Detta krav gäller även för synkronisering.
Ovanstående diskussion om avvägningar genomfördes när det gäller förhållandet mellan prestanda och komplexitet hos enskilda kanaler och mottagare. Det är värt att notera att möjligheten att synkronisera också har betydande potentiella konsekvenser för systemeffektivitet och mångsidighet. Ramsynkronisering möjliggör användning av avancerade, universella multipelåtkomsttekniker, till exempel Channel-on-Demand Multiple Access (DAMA) -scheman. Dessutom kräver användning av spridningsspektrumtekniker - både system för flera åtkomst och system för störningsdämpning - en hög nivå av systemsynkronisering. Dessa tekniker erbjuder möjligheten att skapa mycket mångsidiga system, vilket är en mycket viktig egenskap när systemet byts eller när det utsätts för avsiktlig eller oavsiktlig störning från olika externa källor.
Slutsats
Det första avsnittet i mitt arbete beskriver principerna för konstruktion av trådlösa telekommunikationssystem: ett diagram över konstruktionen av ett mobilkommunikationssystem ges, metoder för att separera abonnenter i mobilkommunikation indikeras och fördelarna (konfidentialitet och brusimmunitet) med kodseparation noteras i jämförelse med tid och frekvens, liksom vanliga trådlösa standarder beaktas DECT-kommunikation, Bluetooth och Wi-Fi (802.11, 802.16).
Vidare beaktas korrelations- och spektralegenskaperna hos signaler och till exempel beräknas spektra av vissa signaler (rektangulär puls, Gaussisk klocka, utjämnad puls) och autokorrelationsfunktioner för Barkersignaler och Walsh -funktioner som är vanliga i digital kommunikation, som liksom typerna av komplexa signaler för telekommunikationssystem.
I det tredje kapitlet ges metoder för modulering av komplexa signaler: metoder för fasförskjutningsnyckling, modulering med ett minimumfrekvensskift (en av metoderna för modulering med kontinuerlig fas), kvadraturamplitudmodulering; och deras fördelar och nackdelar anges.
Den sista delen av arbetet innehåller en övervägande av felsannolikheterna för att skilja M kända och M fluktuerande signaler mot bakgrunden av brus, samt en algoritm för att beräkna felen i diskriminerande M -ortogonala signaler med okänd tidsposition i asynkrona kommunikationssystem med kodindelning.
Bibliografi:
1. Ratynsky M.V. Grunderna för cellulär kommunikation / Ed. D. B. Zimina- M.: Radio och kommunikation, 1998.- 248 sid.
2. Sklyar B. Digital kommunikation. Teoretiska grunder och praktisk tillämpning, 2: a upplagan.: Per. från engelska - M.: Förlag ”Williams”, 2003. - 1104 s.
3. Shakhnovich I. Modern teknik för trådlös kommunikation. Moskva: Technosphere, 2004.- 168 sid.
4. Baskakov S.I. Radiotekniska kretsar och signaler: Lärobok. för universitet på specialerbjudanden. "Radioteknik". - 3: e upplagan, Rev. och lägg till. - M.: Högre. shk., 2000.- 462 sid.
5. Bullerliknande signaler i informationsöverföringssystem. Ed. prof. V.B. Pestryakov. M., "Sov. radio ", 1973. - 424 sid.
6. Varakin L.Ye. Kommunikationssystem med brusliknande signaler. - M.: Radio och kommunikation, 1985.- 384 sid.
7. Vishnevsky V.M., Lyakhov A.I., Tailor S.L., Shakhnovich I.V. Bredband trådlös informationsöverföringsnät. Moskva: Technosphere, 2005.- 592 sid.
8. Radchenko Yu.S., Radchenko T.A. Effektivitet av koddelning av signaler med okänd ankomsttid. Förfaranden från den femte praktikanten. konf. "Radar, navigering, kommunikation" - RLNC -99, Voronezh, 1999, v.1, s. 507-514.
9. Radiotekniska system: Lärobok. för universitet på specialerbjudanden. Radiotekhnika / Yu.P. Grishin, V.P. Ipatov, Yu.M. Kazarinov och andra; Ed. Yu.M. Kazarinov. - M.: Högre. shk., 1990.- 469 sid.
