· Лекція 27. Принципи побудови телекомунікаційних обчислювальних систем.
Вступ
Телекомунікаціїможна визначити як технологію, що пов'язує інформаційні масиви, що часто знаходяться на певній відстані один від одного. В даний час у телекомунікаціях відбувається революція, що зачіпає два аспекти: швидкі зміни в технологіях комунікацій та не менш важливі зміни у питаннях володіння, контролю та надання комунікаційних послуг. Сьогоднішні менеджери повинні розумітися на можливостях і перевагах різних комунікаційних технологій, а також вміти зіставляти витрати та прибуток, що отримується при правильному використанні телекомунікацій.
Телекомунікаційна система– це сукупність апаратно та програмно сумісного обладнання, з'єднаного в єдину систему з метою передачі з одного місця до іншого. Телекомунікаційна система здатна передавати текстову, графічну, голосову чи відеоінформацію. У цьому розділі описано основні компоненти телекомунікаційних систем. У наступних розділах пояснюється, як ці компоненти працюють разом, утворюючи різні види мереж.
До складу типової комунікаційної системи входять сервери, комп'ютери, канали зв'язку (на малюнку вони позначені червоними лініями), а також активне обладнання – модеми, концентратори та ін.
2. Компоненти телекомунікаційної системи
Нижче наведено основні компоненти телекомунікаційної системи:
1. Сервери, що зберігають та обробляють інформацію.
2. Робочі станції та користувацькі ПК, що служать для введення запитів до баз даних, отримання та обробки результатів запитів та виконання інших завдань кінцевих користувачів інформаційних систем.
3. Комунікаційні канали – лінії зв'язку, якими дані передаються між відправником і одержувачем інформації. Комунікаційні канали використовують різні типи середовища передачі: телефонні лінії, волоконно-оптичний кабель, коаксіальний кабель, бездротові та інші канали зв'язку.
4. Активне обладнання – модеми, мережеві адаптери, концентратори, комутатори, маршрутизатори та ін. Ці пристрої необхідні передачі та прийому даних.
5. Мережеве програмне забезпечення, що управляє процесом передачі та прийому даних та контролює роботу окремих частин комунікаційної системи.
Функції телекомунікаційної системи
Щоб передати інформацію з одного пункту та отримати її в іншому, телекомунікаційній системі потрібно виконати деякі операції, які переважно приховані від користувачів. Перш, ніж телекомунікаційна система передасть інформацію, їй необхідно встановити з'єднання між стороною, що передає (sender) і приймає (receiver). Потім розрахувати оптимальний маршрут передачі даних, виконати первинну обробку інформації, що передається (наприклад, необхідно перевірити, що ваше повідомлення передається саме тому, кому ви його відіслали) і перетворити швидкість передачі комп'ютера на швидкість, що підтримується лінією зв'язку. Нарешті, телекомунікаційна система управляє потоком інформації, що передається.
Мережеві пристрої та засоби комунікацій.
Як засоби комунікації найчастіше використовуються кручена пара, коаксіальний кабель, оптоволоконні лінії. При виборі типу кабелю враховують такі показники:
· вартість монтажу та обслуговування,
· швидкість передачі інформації,
· обмеження на величину відстані передачі без додаткових підсилювачів-повторювачів (репітерів),
· безпеку передачі.
Головна проблема полягає в одночасному забезпеченні цих показників, наприклад, найвища швидкість передачі даних обмежена максимально можливою відстанню передачі даних, при якому забезпечується необхідний рівень захисту даних. Легка нарощування і простота розширення кабельної системи впливають на її вартість.
3. Типи телекомунікаційних мереж.
Існують різні способи організації спільної роботи активного та пасивного мережного обладнання, і тому є безліч способів класифікації мереж. Мережі можна класифікувати за конфігурацією або топологією (network topology). За своїми географічними розмірами мережі поділяються на глобальні та локальні. Глобальні мережі, як правило, охоплюють досить великі площі – від 1-2 до сотень тисяч кілометрів. Локальні мережі об'єднують комп'ютерні ресурси однієї чи кількох будівель. У цій частині ви познайомитеся з різними видами комп'ютерних мереж.
Локальні мережі
Локальна мережа , ЛЗ (іноді використовується назва локальна обчислювальна мережа, ЛВС) - Local Area Network, LAN - охоплює невеликі простори, зазвичай одна будівля або кілька будинків, що близько стоять. Більшість локальних мереж пов'язують комп'ютери, що є один від одного на відстані не більше 600 м. Локальні мережі потребують своїх власних телекомунікаційних каналах (найчастіше застосовується кручена пара або коаксіальний кабель). Локальні мережі знайшли широке застосування у бізнесі. Завдяки їм організації можуть застосовувати додатки, що сприяють значному підвищенню продуктивності та ефективності управління. До таких програм належать, перш за все, всі види електронної пошти (звичайна, текстова, голосова та відеопошта), теле- та відеоконференції, інтернет-технології. Сьогодні важко уявити офіс, не оснащений локальною мережею. Локальні мережі дозволяють організаціям спільно використовувати програмне забезпечення та дороге обладнання. Наприклад, користувачі кількох комп'ютерів, об'єднаних локальною мережею, можуть спільно користуватися одним лазерним або струменевим принтером, підключеним до мережі. Мережі використовуються для роботи з програмами колективного планування, а також для організації розподілених обчислень.
Без мереж було б неможливе спільне використання в організаціях доступу до Інтернету. Зазвичай лише один комп'ютер безпосередньо підключений до постачальника послуг Інтернету (провайдера). Щоб користувачі інших комп'ютерів могли працювати зі Світовою мережею, на комп'ютер, що виконує функцію шлюзу, встановлюється спеціальне програмне забезпечення, яке виконує від імені користувачів запити до Інтернету. Персонал відділення Michelin Corporation у Мілані використовує локальну мережу переважно для обміну електронною поштою, а також для спільної обробки текстової та графічної інформації. Кабельна система, побудована з урахуванням кабелю UTP5, пов'язує кілька концентраторів, із якими пов'язані понад 200 комп'ютерів. У мережі використовуються сервери Compaq ProLiant із потужними процесорами та ємними жорсткими дисками, а також робочі станції та персональні комп'ютери Olivetti. У кожному офісі встановлено мережний лазерний принтер. Вночі, коли в будівлі немає співробітників, вся найважливіша інформація копіюється системою резервного копіювання, якою оснащений один із серверів – це знижує ризик втрати життєво важливих даних. До Інтернету все міланське відділення Michelin Corporation підключено через один із комп'ютерів, що працює як шлюз між локальною мережею компанії та оптоволоконним каналом зв'язку з Інтернет-провайдером. Завдяки постійному зв'язку з Інтернетом, міланське відділення Michelin може в будь-який момент встановити зв'язок з мейнфреймом, який знаходиться в будівлі штаб-квартири Michelin Corporation в Турині.
4. Топологія обчислювальної мережі.
Топологія типу зірка.
Концепція топології мережі у вигляді зірки прийшла з області великих ЕОМ, в якій головна машина отримує та обробляє всі дані з периферійних пристроїв як активний вузол обробки даних. Цей принцип застосовується в системах передачі даних, наприклад, електронною поштою RELCOM. Вся інформація між двома периферійними робочими місцями відбувається через центральний вузол обчислювальної мережі.
Пропускна здатність мережі визначається обчислювальною потужністю вузла та гарантується для кожної робочої станції. Колізій (зіткнень) даних не виникає.
Топологія у вигляді зірки є найбільш надійною з усіх топологій обчислювальних мереж, оскільки передача даних між робочими станціями проходить через центральний вузол (при його продуктивності) по окремих лініях, що використовуються тільки цими робочими станціями.
Кільцева топологія.
При кільцевої топології мережі робочі станції пов'язані одна з одною за колом, тобто. робоча станція 1 з робочою станцією 2, робоча станція 3 з робочою станцією
4 і т.д. Остання робоча станція пов'язана із першою. Комунікаційний зв'язок замикається у кільце.
Прокладання кабелів від однієї робочої станції до іншої може бути досить складним і дорогим, особливо якщо географічно робочі станції розташовані далеко від кільця (наприклад, у лінію).
Основна проблема при кільцевій топології полягає в тому, що кожна робоча станція повинна брати активну участь у пересиланні інформації, і у разі виходу з ладу хоча б одній із них вся мережа паралізується.
Спеціальною формою кільцевої топології є логічна кільцева мережа. Фізично вона монтується як поєднання зоряних топологій.
Шинна топологія.
При шинної топології середовище передачі у формі комунікаційного шляху, доступного дня всіх робочих станцій, якого всі мають бути підключені. Всі робочі станції можуть безпосередньо вступати в контакт із будь-якою робочою станцією, що є в мережі.
Робочі станції будь-коли, без переривання роботи всієї обчислювальної мережі, може бути підключені до неї чи відключені. Функціонування обчислювальної мережі залежить від стану окремої робочої станції.
У стандартній ситуації для шинної мережі Ethernet часто використовують тонкий кабель або Cheapernet-кабель з трійниковим з'єднувачем. Вимкнення та особливо підключення до такої мережі вимагають розриву шини, що спричиняє порушення циркулюючого потоку інформації та зависання системи.
Деревоподібна структура ЛОМ.
Поруч із відомими топологіями обчислювальних мереж кільце, зірка і шина, практично застосовується і комбінована, наприклад деревоподібна структура. Вона утворюється переважно у вигляді комбінацій вищезгаданих топологій обчислювальних мереж. Основа дерева обчислювальної мережі розташовується у точці (корінь), у якій збираються комунікаційні лінії інформації (гілки дерева).
Обчислювальні мережі з деревоподібною структурою застосовуються там, де неможливе безпосереднє застосування базових мережевих структур у чистому вигляді. Для підключення великої кількості робочих станцій відповідно до адаптерних плат застосовують мережні підсилювачі або комутатори. Комутатор, що має одночасно і функції підсилювача, називають активним концентратором.
5. Модем
Для зв'язку віддалених комп'ютерів один з одним використовуються в основному звичайні телефонні мережі, які покривають більш менш великі території більшості держав - PSTN (Public Switchable Tele-phone
Network). Єдина проблема у разі - перетворення цифрових (дискретних) сигналів, якими оперує комп'ютер, в аналогові (безперервні).
Для вирішення цієї задачі і призначені пристрої, які називаються модемами.
Модем - це периферійний пристрій, призначений обмінюватись інформацією з іншими комп'ютерами через телефонну мережу. По термінології ДСТУ вони називаються УПС (пристрої перетворення сигналів). По суті, модем утворений двома вузлами - модулятором та демодулятором; він виконує модуляцію та демодуляцію інформаційних сигналів. Власне слово "модем" - скорочення від двох інших:
Модулятор/Демодулятор.
Іншими словами, модулятор модема перетворює потік бітів з комп'ютера аналогові сигнали, придатні для передачі по телефонному каналу зв'язку; демодулятор модему здійснює обернену задачу - перетворює сигнали звукової частоти на цифрову форму, щоб вони могли бути сприйняті комп'ютером. Таким чином, дані, що підлягають передачі, перетворюються на аналоговий сигнал модулятором модему<передающего>комп'ютера. Приймає модем, що знаходиться на протилежному кінці лінії,<слушает>переданий сигнал і перетворює його назад на цифровий за допомогою демодулятора.
Отже, модем є пристроєм, здатним як передавати, і приймати дані.
Завдяки тому, що як середовище передачі даних використовуються телефонні лінії зв'язку, можна зв'язуватися з будь-якою точкою земної кулі.
Сучасні модеми виконані з урахуванням спеціалізованих БІС (великих інтегральних схем), виконують майже всі функції модема. Це забезпечує малі габарити, високу надійність та простоту використання модемів.
Останніми роками найширше застосовуються модеми швидкості передачі 2400, 9600 і 14400 біт/с., водночас зазначені види модемів допускають передачу на знижених швидкостях (1200, 4800, 7200, 12000 біт/с.), і навіть взаємодія з Основною масою модемів більш ранніх років випуску.
В даний час до складу завдань, що виконуються модемом, введені функції захисту від помилок при передачі та функція стиснення даних, що дозволило радикально збільшити достовірність та швидкість передачі інформації. Завдяки стиску даних фактична швидкість передачі цифрової інформації за допомогою модемів може бути доведена до 40-60 Кбіт/с.
Останнім часом модеми стають невід'ємною частиною комп'ютера.
Встановивши модем на власний комп'ютер, ви практично відкриваєте собі новий світ. Ваш комп'ютер перетворюється з відокремленого комп'ютера на ланку глобальної мережі.
Список використаної литературы.
1. Сухман С.М., Бернов А.В., Шевкопляс Б.В. Компоненти телекомунікаційних систем. Аналіз інженерних рішень. - М.: МІЕТ, 2002. - 220 с.
2. Комп'ютер Прес. - 1998р. – №8
3. Комп'ютер Прес. - 1999р. - №1
4. Сайт в Інтернеті: www.iXBT.ru. Посилання - "комунікації".
У навчальному посібнику розглядаються питання формування канальних цифрових сигналів за допомогою імпульсно-кодової модуляції, основи побудови обладнання формування первинного цифрового потоку, побудови лінійних цифрових трактів телекомунікаційних систем плезіохронної цифрової ієрархії, а також побудови систем передачі з HDSL технологією.
Навчальний посібник призначений для студентів спеціальностей: 201000 (багатоканальні телекомунікаційні системи) та 071700 (фізика та техніка оптичного зв'язку) очного та заочної форм навчання.
Вступ
У цьому навчальному посібнику розглядаються питання передачі сигналів за допомогою сучасних телекомунікаційних систем передачі плезіохронної (PDH – Plesiochronous Digital Hierarchy) та синхронної (SDH – Synchronous Digital Hierarchy) цифрової ієрархії.
Розглядаються питання формування канальних цифрових сигналів за допомогою імпульсно-кодової модуляції (ІКМ), основи побудови обладнання формування первинного цифрового потоку, такі як аналого-цифрове перетворення, питання синхронізації, побудови лінійних цифрових трактів, об'єднання цифрових потоків ЦСП PDH.
У навчальному посібнику розглянуто питання побудови систем передачі з HDSL (High-bit-rate Digital Subscriber Loop – цифрова абонентська лінія) технологією, як-от методи лінійного кодування, характеристики систем передачі Flex Gain Megatrans.
Матеріал даного навчального посібника підготовлено авторами з використанням багаторічного досвіду проведення лекційних та практичних занять на кафедрі МЕС та ОЗ (Многоканального електричного зв'язку та оптичних систем) у Державній освітній установі вищої професійної освіти «Сибірський Державний Університет Телекомунікацій та Інформатики».
Ієрархія цифрових систем передачі
Цифрові системи передачі (ЦСП), що використовуються на мережах зв'язку, відповідають певній ієрархічній структурі, яка повинна враховувати такі основні вимоги:
можливість передачі всіх аналогових та дискретних сигналів;
вибір параметрів систем передачі (СП) з урахуванням характеристик існуючих та перспективних видів зв'язку;
можливість досить простого об'єднання, роз'єднання і транзиту сигналів, що передаються;
вибір стандартизованих швидкостей передачі з урахуванням використання аналого-цифрових перетворювачів (АЦП), так і тимчасового групоутворення сигналів;
можливість взаємодії ЦСП з АСП та різними системами комутації.
Ієрархічний принцип побудови ЦСП дозволяє уніфікувати каналоутворювальне обладнання, спростити процеси виготовлення, впровадження та технічної експлуатації відповідного обладнання, тобто загалом підвищити техніко-економічні показники цих систем.
В даний час найбільшого поширення набули три типи ієрархій ЦСП: європейська, північноамериканська та японська.
Європейська ієрархія ґрунтується на первинному цифровому потоці (ПЦП), в якому за допомогою аналого-цифрового обладнання утворюються 30 каналів з пропускною здатністю 64 кбіт/с кожен (застосовується восьми-розрядна компандована ІКМ) швидкість передачі групового сигналу становить 2048 кбіт/с. p align="justify"> При формуванні групових сигналів ЦСП більш високого рівня використовується принцип тимчасового об'єднання (групоутворення) цифрових потоків, сформованих в обладнанні ЦСП нижчого рівня. Коефіцієнт об'єднання всім щаблів ієрархії прийнятий рівним чотирма. На другому ступені формується вторинний цифровий потік (ВЦП) зі швидкістю 8448 кбіт/с. На третьому щаблі формується третинний цифровий потік (ТЦП) зі швидкістю 34368 кбіт/с, але в четвертої – четвертинний цифровий потік (ЧЦП) зі швидкістю 139264 кбіт/с.
У Північноамериканській ієрархії швидкості передачі у різних щаблях мультиплексування становлять: 1544 – 6312 – 44376 – 274176 кбіт/с.
У Японській ієрархії швидкості передачі становлять:
1544 – 6312 – 32064 – 97728 кбіт/с. Це призводить до відповідних труднощів при організації міжнародного цифрового зв'язку.
Всі зазначені вище типи ієрархії відносяться до так званої цифрової плезіохронної ієрархії (ПЦІ). Англійською мовою вона позначається PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy). У ній при тимчасовому групоутворенні застосовуються асинхронні способи об'єднання цифрових потоків.
Формування канальних цифрових сигналів
У ЦСП канальний сигнал формується у три етапи:
дискретизація за часом;
квантування за рівнем;
кодування.
2.1. Дискретизація за часом
Безперервний сигнал можна подати у вигляді відліків за допомогою електронного ключа (ЕК) (рис. 2.1).
Рисунок 2.1 – Операція дискретизації
Тут – безперервний сигнал;
Дискретний сигнал;
Частота дискретизації.
Сигнал можна подати у вигляді:
.
ЕК розглядатимемо як перемножувач. Розкладемо у ряд Фур'є функцію 
(Рис.2.2.).
Рисунок 2.2 – Послідовність імпульсів частоти дискретизації r(t)
;
Для отримання спектра сигналу використовуємо перетворення Фур'є.
Де - операція перетворення 
.
При і (- функція) спектр дискретного сигналу буде:
.
На малюнку 2.3. наведено спектр дискретного сигналу.
Для виділення на прийомі вихідного сигналу за допомогою фільтра нижніх частот (ФНЧ), необхідно, щоб
, тобто
Потужність сигналу на виході ФНЧ менше потужності вихідного сигналу. Дискретизація сигналу є амплітудно - імпульсну модуляцію (АІМ).
Рисунок 2.3 – Спектр дискретного сигналу
2.2. Квантування за рівнем
На малюнку 2.4 показані відліки (дискрети) сигналу та його квантовані значення. Через війну квантування передаються не істинні, лише дозволені значення рівнів.
Рисунок 2.4 – Квантування сигналу
На малюнку 2.4:
Крок квантування;
Помилка квантування.
Суть операції квантування пояснює рис.2.5.
a кв (i+1)
a кв i
a кв (i-1)
a(pT Д )
pT Д
Рисунок 2.5 – Квантування.
Замість a(pT Д ) передається a кв (i+1)або a кв iзначення. Виникає помилка квантування:
(Дивися малюнок 2.4.).
Квантування буває:
У першому випадку можливі два типи амплітудних характеристик (АХ) квантуючих пристроїв. Вони наведені малюнку 2.6.
U вих (кв )
U вх(АІМ)
б)
Рисунок 2.6 – АХ квантуючих пристроїв
При АХ, зображеній малюнку 2.6. «а», виникають шуми як мовчання (), а при АХ, зображеної малюнку 2.6. "б", не відтворюються малі сигнали ().
2.2.1. Розрахунок потужності шумів квантування
Помилка квантування можна розглядати як деяку перешкоду - шум квантування. Вплив його на якість зв'язку можна оцінити ставленням:
,
де – коефіцієнт шуму квантування;
Середня потужність сигналу;
Потужність шуму квантування.
Частина 1
ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНІ ТА ІНФОРМАЦІЙНІ МЕРЕЖІ
Глава 1 ______
ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНІ МЕРЕЖІ І СИСТЕМИ. ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ
Список скорочень
| ДІІ (GII) | - | глобальна інформаційна інфраструктура |
| ЗУ | - | запам'ятовуючий пристрій |
| ЛЗ | - | лінія звязку |
| ПЗ | - | програмне забезпечення |
| ТС | - | телекомунікаційна мережа |
| ТФОП (PSTN) | - | телефонна мережа загального користування |
| ЧНН | - | годину найбільшого навантаження |
| АТМ | - | асинхронний метод доставки |
| В-ISDN | - | широкосмугова цифрова мережа інтегрального обслуговування |
| FR | - | технологія ретрансляції кадрів |
| IDN | - | інтегральна цифрова мережа |
| IN | - | інтелектуальна мережа зв'язку |
| IP | - | міжмережевий протокол |
| N-ISDN | - | вузькосмугова цифрова мережа інтегрального обслуговування |
| PLMN | - | стільникова мережа зв'язку з мобільними об'єктами |
ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ МЕРЕЖ І СИСТЕМ ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙ
Сучасному розвитку техніки зв'язку притаманні дві особливості: цифрова форма представлення всіх сигналів - незалежно від цього, який вид інформації представляється цими сигналами - мова, текст, дані чи зображення; інтеграція обслуговування, що може бути повністю реалізовано лише переведенням зв'язку на цифрову техніку. Відбувається інтеграція систем передачі та комутації, по-новому перерозподіляються завдання кінцевих пристроїв і мереж зв'язку. Створюються багатофункціональні кінцеві пристрої, що відрізняються від телефонного та телеграфного апаратів, кінцеві пристрої візуального відображення даних, придатні більш ніж одного виду інформації. І, нарешті, мережа зв'язку дозволяє передавати мовну, текстову інформацію, дані та зображення через одне й те саме з'єднання: користувач отримає доступ до цієї мережі незалежно від виду служби через штепсельну розетку зв'язку.
З допомогою цих «революційних» коштів значно збільшили продуктивність і економічна ефективність праці як цілих організацій, і окремих людей. Напрошується висновок, що об'єднання зусиль трьох галузей промисловості – комп'ютерної індустрії (інформаційних технологій), побутової радіоелектроніки (індустрії розваг) та електрозв'язку – наблизило досягнення основної мети – створення глобальної інформаційної інфраструктури (ДІІ, GII).
Кінцевою метою ДІІ є гарантія для кожного споживача доступу до інформаційної спільноти.
Відомі деякі фундаментальні характеристики, які має мати ДІІ, щоб відповідати вимогам споживачів інформації. Ці параметри називаються атрибутами. Пропонований
Для кожного виду інформаційних повідомлень зазвичай використовується конкретний метод передачі в мережі, що характеризується принципом перетворення повідомлення в сигнал електрозв'язку і типом комунікацій (формою зв'язку). Так, передачі аудіоінформації прийнятої формою зв'язку служить телефонна, передачі нерухомих зображень використовується факсиміле, для рухливих зображень - телебачення. Дані відносяться до типу кодованих повідомлень, спосіб передачі яких заснований на поданні кожного інформаційного елемента (літери, знака, цифри) у вигляді кодової комбінації, що передається у формі сигналу мережі. Для кодованих повідомлень застосовується телеграфний спосіб передачі та передача даних. Останнім часом використовуються й звані «многосредние» форми зв'язку - мультимедіа (у перекладі з анг. milty- багато, media- середовище) для одночасної передачі звуку, зображення та даних.
Залежно від форми зв'язку телекомунікаційні системи можна поділити на системи телефонного зв'язку, факсимільного зв'язку, телевізійного мовлення, телеграфного зв'язку, передачі даних тощо; залежно від середовища передачі сигналу (мідь, ефір, оптичне волокно) - на системи електрозв'язку та оптичного зв'язку, а також провідного зв'язку, що використовує напрямні середовища (мідні та оптичні кабелі), та бездротового зв'язку, де для передачі сигналів використовується ефір. Об'єднує всі ці системи в загальне поняття системи телекомунікацій:
1. Загальне призначення всіх систем зв'язку – надання послуг користувачам.
2. Усі системи зв'язку належать до типу розподілених систем, основним компонентом яких є телекомунікаційна мережа, що дозволяє використовувати загальні принципи структурної оптимізації таких систем.
3. Системи зв'язку, як будь-які складні системи, що неспроможні розглядатися ізольовано від довкілля. Під довкіллям розуміють безліч елементів будь-якої природи, що існують поза системою і надають на неї певні впливи. До таких елементів по відношенню до будь-якої системи зв'язку можна віднести користувачів, що визначають вимоги щодо обсягу споживаних послуг, їх переліку, якості і тим самим впливають на систему зв'язку.
Слід зазначити, що саме поняття «система» є абстрактним по відношенню до реального об'єкта, який асоціюється з нею і може трактуватися як модель об'єкта. Модель дозволяє відобразити найважливіші компоненти об'єкта та опустити несуттєві, з погляду мети його розгляду, деталі. У цьому плані той самий об'єкт може по-різному характеризуватись різними системами залежно від аспектів його розгляду.
При розгляді моделей більшості мереж та систем телекомунікацій широко використовуються поняття протокол та інтерфейс. Протокол - це зведення правил і форматів, що визначають взаємодію об'єктів однойменних рівнів мережі, наприклад, "людина - людина", "термінал - термінал", "комп'ютер - комп'ютер", "процес - процес", тобто протоколи, що описують порядок взаємодії між користувачами, терміналами, вузлами мережі чи окремими мережами. При цьому повинні використовуватися та сама мова, одні й ті самі синтаксичні правила та інформаційні формати. Рівнова структура моделі дає змогу забезпечити незалежну розробку протоколів. Кожен рівень моделі може мати кілька протоколів. Взаємодія суміжних рівнів забезпечується інтерфейсами. Інтерфейс - це сукупність технічних та програмних засобів, що використовуються для поєднання пристроїв, систем або програм. Сукупність засобів взаємодії двох суміжних рівнів (міжрівневий інтерфейс) містить правила логічного та електричного узгодження, а також детальний опис форматів повідомлень.
Інформаційні мережі призначені для надання користувачам послуг, пов'язаних з обміном інформацією, її споживанням, обробкою, зберіганням та накопиченням. Споживач інформації, який одержав доступ до інформаційної мережі, стає користувачем. Як користувачів можуть виступати як фізичні, і юридичні особи (фірми, організації, підприємства). Користування мережею забезпечує можливість отримувати інформацію тоді, як у ній виникає потреба. Під інформаційною мережею розуміють сукупність територіально розосереджених кінцевих систем, що об'єднуються в телекомунікаційні мережі та забезпечують доступ будь-якої з цих систем до всіх ресурсів мережі та їхнє колективне використання. Телекомунікаційні мережі доцільно розділяти на кшталт комунікацій (мережі електрозв'язку, оптичного зв'язку, телефонного зв'язку, передачі, залізничних чи повітряних сполучень тощо. буд.).
Кінцеві системи інформаційної мережі можуть бути класифіковані як: - -термінальні (terminal system),що забезпечують доступ до мережі та її ресурсів;
Робітники (server, host system),що представляють інформаційні та обчислювальні ресурси;
Адміністративні (management system),реалізують управління мережею та її окремими частинами.
Ресурси інформаційної мережі поділяються на інформаційні, обробки та зберігання даних, програмні та комунікаційні.
Інформаційні ресурси- це інформація та знання, що накопичуються у всіх галузях науки, культури та життєдіяльності суспільства, а також продукція індустрії розваг. Все це система
тизується в мережевих базах даних, з якими взаємодіють користувачі мережі. Ці ресурси визначають споживчу цінність інформаційної мережі і мають як постійно створюватися і розширюватися, а й вчасно оновлювати застарілі дані.
Ресурси обробки та зберіганняданих визначаються продуктивністю процесорів мережевих комп'ютерів та обсягом їх запам'ятовуючих пристроїв (ЗП), а також часом, протягом якого вони використовуються.
Програмні ресурсиявляють собою програмне забезпечення, що бере участь у наданні послуг користувачам, а також програми супутніх функцій. До останніх відносяться: виписка рахунків, облік оплати послуг, навігація (забезпечення пошуку інформації в мережі), обслуговування мережевих електронних поштових скриньок, організація мосту для телеконференцій, перетворення форматів повідомлень, що передаються, криптозахист інформації (кодування та шифрування), аутентифікація (електронний підпис документів, що засвідчує їхню справжність).
Комунікаційні ресурсиберуть участь у транспортуванні інформації та перерозподілі потоків у вузлі комутації. До них відносяться ємності ліній зв'язку, комутаційні можливості вузлів, а також час їхнього заняття при взаємодії користувача з мережею. Комунікаційні ресурси класифікуються відповідно до типу ТЗ: комутована телефонна мережа загального користування, мережа передачі даних з комутацією пакетів, мережа мобільного зв'язку, теле- та радіомовні мережі, цифрова мережа інтегрального обслуговування тощо.
Телекомунікаційні мережі прийнято оцінювати цілу низку показників, що відображають можливість ефективності транспортування інформації. Можливість передачі інформації в ТЗ пов'язана зі ступенем її працездатності, тобто виконанням заданих функцій у встановленому обсязі на необхідному рівні якості протягом певного періоду експлуатації мережі або в довільний момент часу. ->аботоздатність мережі зв'язку визначається поняттями надійності та живучості. Відмінність цих понять зумовлено причинами та факторами, що порушують нормальну роботу мережі, та характером порушень.
Надійністьмережі зв'язку характеризує її властивість забезпечувати зв'язок, зберігаючи у часі значення становлених показників якості в заданих умовах експлуатації. Вона відбиває здатність зберігати працездатність мережі зв'язку під впливом, переважно, внутрішніх чинників - випадкових відмов технічних засобів, викликаних процесами старіння, дефектами технології виготовлення чи помилками обслуговуючого персоналу.
Живістьмережі зв'язку характеризує її здатність зберігати повну або часткову працездатність при впливі причин, що знаходяться за межами мережі та призводять до руйнування або значних ушкоджень певної частини її елементів (пунктів та ліній зв'язку). Подібні причини можна розділити на два класи: стихійніі навмисні.До стихійних факторів належать та-
як землетрус, зсуви, розливи річок і т. п., а до навмисних - ракетно-ядерні удари -отивівника, диверсійні дії та ін.
При аналізі пропускної спроможності ТС дуже важливі поняття виклику та повідомлення. Дзвінок - це ебування на з'єднання між двома користувачами мережі для передачі повідомлення. Повідомлення- Формація користувача, перетворена на сигнали електрозв'язку. Враховуючи різницю між викликом повідомленням, можна сказати, що потік викликів надходить у вузол мережі або якусь його частину, а потік повідомлень циркулює в мережах зв'язку для передачі інформації користувачеві. Потреба в доставці повідомлень з одного пункту мережі до іншого можна виразити тяжінням між цими пунктами. Тяжіння >характеризує оцінку потреби в різних видах зв'язку між двома пунктами мережі та визначається еб'ємом повідомлень, які необхідно доставити за деякий відрізок часу з одного пункту 1 інший. Від тяжіння, вираженого обсягом повідомлень чи обсягом інформації, можна перейти * тяжіння, вираженому часом заняття лінії зв'язку (ЛЗ), як від нього - до кількості необхідних 1С. Тяжіння, що визначається обсягом інформації, зручне для мережі передачі даних, а що визначається 1оменем заняття каналів - для телефонної мережі та різного виду мереж мовлення. Час заняття каналу бореться годинником за рік, добу або годину. Тяжіння залежить від виду інформації, територіального розташування користувачів, їх особливостей, господарських, культурних та інших взаємозв'язків. Однозначно визначити тяжіння неможливо, так як на нього впливає дуже багато факторів, тому очність оцінок тяжіння зазвичай невелика.
Об'єм інформації, переданої між двома пунктами за якийсь період часу, визначається сумою обсягів усіх повідомлень (з урахуванням повторних) або добутком числа переданих повідомлень -а середній обсяг одного повідомлення. Час заняття ліній або приладів, виражений у годиннику, з"-об'єднує навантаження на ці лінії або прилади як добуток загальної кількості викликів, що надійшли *г середню тривалість занять . Інтенсивність навантаження- це число годин занять за певний проміжок часу, наприклад, годину найбільшого навантаження (ЧПН) - це 60-хвилинний інтервал аремені, протягом якого навантаження в мережі більше, ніж у будь-якому іншому аналогічному періоді. Зазвичай «лозують поняття інтенсивності навантаження, хоча спрощення її часто називають навантаженням. Безрозмірна одиниця інтенсивності навантаження названа ерлангом. Один ерланг – це інтенсивність навантаження сйногоприладу безперервно зайнятого протягом години.
У випадку, коли мережа не може обслужити навантаження, що має, має сенс говорити про обсяг реалізованого навантаження в мережі. Величина реалізованого навантаження визначається пропускною спроможністю мережі зв'язку. У ряді випадків пропускну здатність оцінюють кількісно. Наприклад, величиною максимального потоку інформації, який можна пропустити між деякою парою пунктів. Таким чином визначають пропускну здатність перерізу мережі, що є найвужчим місцем при розподілі мережі між джерелом та одержувачем на дві частини.
Потік повідомлень між двома пунктами – це послідовність повідомлень, що передаються з одного пункту до іншого. Крім корисної інформації в мережі передаються повідомлення керування та сигналізації, що не мають цінності для користувача. Істотно завантажують мережі зв'язку (не даючи корисного ефекту) та повторні дзвінки,що виникають у разі відмови під час первинного виклику. Потік повідомлень характеризується послідовністю моментів надходження кожного наступного повідомлення. Можна висловити потік через інтервали часу між цими моментами. Вигляд потоку повідомлень також може бути описаний розподілом тривалостей занять приладів кожним повідомленням, що надходить. Всі потоки, що циркулюють у мережах зв'язку, поділяються на детерміновані, випадкові та змішані. Детермінованими називаються потоки, моменти надходження та обсяги повідомлень яких відомі заздалегідь. До таких потоків відносяться майже всі потоки мовлення (як звукового, так і телевізійного), регулярні передачі різних зведень і т.п. розподілів. До таких потоків належать потоки телефонних повідомлень. Залежно від конкретних умов випадкові потоки можуть бути найрізноманітнішими, проте для більшості практичних випадків можлива апроксимація (опис) тривалостей проміжків між надходженням двох сусідніх повідомлень відомими ймовірнісними законами розподілу, що дозволяють отримати математичну модель потоку. У змішаному потоці є детерміновані, так і випадкові складові.
1.2. КОРДОНИ РОЗВИТКУ ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ І ПОСЛУГ ЗВ'ЯЗКУ
Для того, щоб з'ясувати перспективи розвитку Національної інформаційної інфраструктури України (НДІ) у рамках Глобальної інформаційної інфраструктури, необхідно розуміти, як протікатиме цей процес у світі, у промислово розвинених країнах та в Україні, які нові інфокомунікаційні технології та послуги будуть запропоновані у найближчі роки та десятиліття.
Інформаційна революція стала рушієм прогресу всього суспільства. Давно відомо, що науково-технічні революції (НТР) докорінно змінювали спосіб життя людства та образ світу загалом. Результатом НТР було різке збільшення чисельності населення, на що слід очікувати і в найближчі два століття. Багато вчених, які працюють у галузі прогнозування, вважають, що у XXI-XXII століттях має відбутися три науково-технічні революції: 1 – інформаційна, 2 – біотехнічна, 3 – квантова.
Кожна з названих революцій призведе до різких змін у світі. Інформаційна революція створить ОН, яка стане технічною базою глобального інформаційного суспільства. Біотехнічна революція зніме проблему продовольчого забезпечення населення у світі, а квантова – створить нові ефективні та безпечні джерела енергії.
Інформаційна революція (кінець XX - початок XXI століття) суттєво змінила вигляд інфо-комунікацій. Основні чинники розвитку інфокомунікацій ХХІ століття – це економіка, технології та послуги.
Похідними від економіки є інфокомунікаційні технології та послуги. У свою чергу, рівень розвитку технологій та послуг залежить від рівня науково-технічного прогресу, а їх впровадження – від рівня економіки та насамперед від платоспроможного попиту населення на ті чи інші інфокомунікаційні послуги.
В історичному розвитку мереж та послуг зв'язку можна виділити п'ять основних рубежів (рис. 1.3). Кожен рубіж має свою логіку розвитку, взаємозв'язок із попередніми та наступними етапами.
Крім того, кожен рубіж залежить від рівня розвитку економіки та національних особливостей окремої держави.
Перший рубіж- побудова телефонної мережі загального користування (ТФОП, PSTN - public Switched Telephone Network).Протягом тривалого часу кожна держава створювала свою національну аналогову телефонну мережу загального користування. Телефонний зв'язок рекомендувався населенню, установам, підприємствам та порівнювався з єдиною послугою – передачею мовних повідомлень. Надалі телефонними мережами з допомогою модемів стала здійснюватися передача даних. Тим не менш, навіть зараз телефон залишається основною послугою зв'язку, яка приносить операторам зв'язку більше 80% прибутку.
Другий рубіж- Цифризація телефонної мережі. Для підвищення якості послуг зв'язку, збільшення їх числа, підвищення рівня автоматизації управління та технологічного обладнання у промислово розвинених країнах у 1970-і роки проводилися роботи з цифровізації первинних та вторинних мереж зв'язку. Були створені інтегральні цифрові мережі IDN (Integral Digital Network),які надають переважно послуги телефонного зв'язку з урахуванням цифрових систем комутації і передачі. У багатьох країнах цифровізація телефонних мереж практично завершилася.
Третій рубіж- Інтеграція послуг. Цифровизация мереж зв'язку дозволила як підвищити якість послуг, а й перейти до збільшення їх кількості з урахуванням інтеграції. Так виникла концепція вузькосмугової цифрової мережі з інтеграцією служб N-ISDN (Narrowband Integrated Srsice Digital Network).Користувачеві (абоненту) цієї мережі надається базовий доступ (2В+D), за яким інформація передається за трьома цифровими каналами: два канали Взі швидкістю передачі 64 кбіт/с та канал D зі швидкістю 16 кбіт/с. Два канали Ввикористовуються для передачі мовних повідомлень та даних, канал й- для сигналізації та передачі даних у режимі пакетної комутації. Для користувача з великими потребами може бути наданий первинний доступ, який містить (30 B+D) каналів. Концепція N-ISDN існує близько 20 років, але широкого поширення у світі не набула з кількох причин. По-перше, обладнання N-ISDN досить дороге, щоб стати масовим; по-друге, користувач постійно платить за три цифрові канали; по-третє, перелік послуг /У-/50Л/ перевищує потреби масового користувача. Саме тому інтеграція послуг починає замінюватись концепцією інтелектуальної мережі.
У цей період також отримали розвиток мережі з рухомими системами PLMN ( Public land Mobil Network) та технології послуг мережі передачі даних на основі комутації каналів та пакетів: Х.25, IP (Internet Protocol) , ГР (Frame relay), 1Р-телефонія, електронна пошта та ін.
Четвертий рубіж- інтелектуальна мережа / N (Intelligent Network).Історію цієї мережі прийнято вираховувати з 1980 року, коли компанія Bell System (США) проводила роботи з удосконалення послуги, названої «послуга-800». Ця послуга в основному була призначена для нарахування оплати за міжміські з'єднання абоненту, що викликає, і знайшла широке застосування у сфері обслуговування і торгівлі. З 1993 року IN розвивається у рамках концепції TINA (Telecommunication Information Networking Architecture)підтримки архітектури «клієнт - сервер». Ця мережа призначена для швидкого, ефективного та економічного надання інформаційних послуг масовому користувачеві. Необхідна послуга надається користувачеві тоді і в той час, коли вона йому потрібна. Відповідно та оплачувати він зобов'язаний надану послугу протягом цього часу. Таким чином, швидкість та ефективність надання послуги забезпечують її економічність, тому що якщо користувач використовуватиме канал зв'язку значно менший термін, це дозволить йому зменшити витрати. У цьому полягає принципова відмінність інтелектуальної мережі від попередніх мереж, саме - у гнучкості та економічності надання послуг.
П'ятий рубіж- широкосмугова B-ISND (Droadband Integratyed Service Digital Network)започаткувала розвиток після 1980 року мультимедійних послуг на базі технології АТМ (- комутації пакетів фіксованої довжини (53 байти): діалоговий, інформаційний та розподільний пошук. Діалогові служби надають послуги передачі інформації (телефонна служба, служба промови, відеоконференції та інших.). Служби інформаційного пошуку (служби на запит) надають можливість користувачеві отримувати інформацію з різноманітних банків даних. Розподільчі служби, за наявності або відсутності управління наданням інформації з боку користувача, можуть надсилати інформацію від одного загального джерела необмеженому числу абонентів, які мають право на доступ (дані, текст, рухоме та нерухоме зображення, звук, графіка та ін.). У практику ділового спілкування починає входити як конференц-зв'язок, а й відеоконференція, дозволяють обмінюватися інформацією, не витрачаючи часу і грошей поїздки.
У свою чергу зниження витрат індивідуального користувача на нові послуги має збільшити попит на них, тобто призвести до збільшення прибутку постачальників послуг. Відповідне зростання попиту на послуги призведе до збільшення постачання необхідного обладнання, що спричинить збільшення прибутку постачальників обладнання. Таким чином, гнучкість надання послуг із застосуванням сучасних технологій призводить до поєднання економічних інтересів трьох сторін: користувачів, постачальників послуг та постачальників обладнання.
Контрольні питання
1. Вкажіть особливості розвитку техніки зв'язку на етапі.
2. У чому полягає інтеграція зв'язку?
3. Охарактеризуйте багатофункціональні кінцеві пристрої.
4. Дайте визначення Глобальної інформаційної інфраструктури.
5. Що потрібне для реалізації концепції Глобальної інформаційної інфраструктури?
6. Які атрибути (характеристики) необхідно враховувати під час створення стандарту Глобальної інформаційної інфраструктури?
7. Поясніть принципи та мету Глобальної інформаційної інфраструктури.
8. Зазначте основні характеристики Глобальної інформаційної інфраструктури.
9. Перерахуйте особливості побудови інформаційної мережі.
10. Поясніть структуру інформаційної мережі.
11. Дайте характеристику ресурсів інформаційної мережі.
12. Як поділяються телекомунікаційні системи залежно від виду зв'язку?
13. Які показники телекомунікаційної мережі характеризують її ефективність під час передачі?
14. Дайте визначення понять протоколу та інтерфейсу в інформаційних мережах.
15. Що таке надійність мережі зв'язку?
16. Поясніть поняття живучості зв'язку; перерахуйте чинники, яких вона залежить.
17. Охарактеризуйте пропускну спроможність телекомунікаційної мережі.
18. Що таке виклик?
19. Що мається на увазі у телекомунікаційній мережі під поняттям повідомлення?
20. Якими параметрами визначається обсяг інформації?
21. Назвіть одиниці вимірювання телефонного навантаження та його інтенсивність.
22. Що таке потік повідомлень? Наведіть приклад.
23. Яка інформація називається корисною? Назвіть інші види.
24. Чим характеризується потік повідомлень?
25. Назвіть та дайте характеристику потокам, що циркулюють у мережах зв'язку.
26. Як називаються інформаційні потоки, якщо момент надходження та обсяг повідомлень наперед відомі? Наведіть приклад.
27. Що означає поняття «тяжіння» у мережі зв'язку?
28. Дайте характеристику ЄНССУ, НДІ України, Глобальної інформаційної інфраструктури.
29. Поясніть основні рубежі розвитку мереж та послуг зв'язку.
30. Які особливості широкосмугової мережі B-ISDN?
Вступ. 2
Цифрова телекомунікаційна система. 5
Телекомунікація. 5
1.2) Телекомунікаційна система. 9
1.3) Цифрова система передачі. 12
1.3.1) Вторинна цифрова система передачі ІКМ120. 21
1.3.2) Третинна цифрова система передачі ИКМ480. 25
1.3.4. STM-N.. 32
1.4) Види ЦТС. 43
1.5) Цифрові системи передачі ІКМ та STM. 56
Основні переваги технології SDH: 57
Недоліки технології SDH: 58
2.2. Визначити крок квантування за амплітудою. 66
2.3. Розробити схему часового спектра ЦТС. 71
2.4) Розробити укрупнену структурну схему ЦТС, що складається з обладнання тимчасового групоутворення, обладнання лінійного тракту кінцевої станції та проміжних станцій лінійного тракту. 86
Висновок. 91
Список літератури. 92
Вступ
Науково-технічний прогрес кінця XX століття відкрив шляхи створення глобального інформаційного суспільства, в якому інформаційні та телекомунікаційні технології набувають особливого значення, складаючись в інфокомунікаційний сектор.
Людство переходить на новий рівень спілкування та передачі інформації. Тепер для того, щоб передати повідомлення немає необхідності перебувати на близькій відстані. Є можливість передавати інформацію з різних точок планети. Телекомунікаційні системи дуже впливають на всі сфери життя людини. Росії необхідно фінансувати розвиток телекомунікаційних систем, т.к. держава стоїть на щабель нижче, у порівнянні зі світовими тенденціями.
Розвиток зв'язку на початку ХХI століття характеризується такими поняттями: універсалізація, інтеграція, інтелектуалізація - у частині технічних засобів та у мережевому плані; глобалізація, персоналізація - у частині послуг. Прогрес у галузі зв'язку заснований на розробці та освоєнні нових телекомунікаційних технологій, а також на подальшому розвитку та вдосконаленні тих, що ще не вичерпали свій потенціал існуючих.
Розвиток інфокомунікаційного сектора у світі відбувається одночасно за декількома напрямками. При цьому в галузі телекомунікації та інформації воно характеризується створенням глобальних інфокомунікаційних систем, основу яких становлять цифрові системи передачі (ЦСП) різного призначення з широким використанням сучасних оптоволоконних технологій та цифрових систем комутації різного виду та рівня.
В усьому світі зараз активно розвивається цифровий зв'язок – основна тенденція розвитку телекомунікацій. Якість цифрового зв'язку має ряд переваг перед звичайним зв'язком. На основі цифрових систем передачі будують протяжні транспортні мережі майже будь-якого призначення. Завдяки науковому прогресу сучасні цифрові системи передачі даних дозволяють одночасно передавати аудіо, відео та цифровий сигнал.
Останні роки у Росії з погляду розвитку телекомунікацій були стабільними. Їм передувала світова криза в галузі телекомунікацій, яка призвела до зниження темпів зростання. Проте навіть у цей період розвивалися та впроваджувалися нові телекомунікаційні технології. Протягом цього періоду в рамках ВАТ "Связьінвест" було проведено структуризацію колишніх мереж електрозв'язку у бік їх укрупнення, створено сильні, високо капіталізовані, прибуткові та конкурентно-здатні компанії. Через війну у Росії є сім міжрегіональних компаній (МРК), але в телекомунікаційному ринку діє близько 6500 зареєстрованих нових операторів. У червні 2003 року Державною думою РФ було прийнято новий федеральний закон " Про зв'язок " , запроваджений з 1 січня 2004 року. З цим пов'язано по суті завершення одного етапу розвитку зв'язку в Росії та початок нового етапу.
Модернізація мереж наземного ефірного мовлення шляхом переходу на цифрові технології є світовою тенденцією, якою слідує і Російська Федерація. Перехід на цифрове мовлення в Росії не тільки дозволить забезпечити населення багатопрограмним мовленням заданої якості, але й чинить стимулюючий вплив на розвиток ринків ЗМІ, зв'язку та виробництва вітчизняного теле- та радіообладнання, створення інфраструктури виробничо-впроваджених, збутових та сервісних організацій, подальший розвиток малого та середнього підприємництва та розвитку конкуренції у цій сфері. Основною метою, згідно з Концепцією розвитку телерадіомовлення в Російській Федерації на 2008 – 2015 роки, є забезпечення населення багатопрограмним мовленням з гарантованим наданням загальнодоступних телевізійних каналів та радіоканалів заданої якості, що дозволить державі повніше реалізувати конституційне право громадян на отримання інформації.
Відповідно до цієї метою поставлені такі завдання:
Дослідити основні засади цифрової системи передачі даних;
Розглянути, які цифрові системи передачі існують;
Вивчити особливості побудови цифрових систем передачі.
Цифрова телекомунікаційна система
Телекомунікація
Телекомунікація (грец. tele - вдалину, далеко і лат. communicatio-спілкування) - передача даних на великі відстані.
Засоби телекомунікації - сукупність технічних, програмних та організаційних засобів передачі даних великі відстані.
Телекомунікаційна мережа - безліч засобів телекомунікації, пов'язаних між собою та утворюють мережу певної топології (конфігурації). Телекомунікаційними мережами є:
Телефонні мережі передачі телефонних даних (голоса);
Радіомережі для передачі аудіоданих;
Телевізійні мережі передачі відеоданных;
Цифрові (комп'ютерні) мережі або мережі передачі даних (СПД) передачі цифрових (комп'ютерних) даних.
Дані в цифрових телекомунікаційних мережах формуються у вигляді повідомлень, що мають певну структуру та розглядаються як єдине ціле.
Дані (повідомлення) можуть бути:
Безперервними;
Дискретними.
Безперервні дані можуть бути представлені у вигляді безперервної функції часу, наприклад, мова, звук, відео. Дискретні дані складаються із символів (символів).
Передача даних у телекомунікаційній мережі здійснюється за допомогою їхнього фізичного представлення - сигналів.
У комп'ютерних мережах передачі даних використовуються такі типи сигналів:
Електричний (електричний струм);
Оптичний (світло);
Електромагнітний (електромагнітне поле випромінювання – радіохвилі).
Для передачі електричних та оптичних сигналів застосовуються кабельні лінії зв'язку відповідно:
Електричні (ЕЛС);
Волоконно-оптичні (ВОЛЗ).
Передача електромагнітних сигналів здійснюється через радіолінії (РЛЗ) та супутникові лінії зв'язку (СЛЗ).
Сигнали, як і дані, можуть бути:
Безперервними;
Дискретними.
При цьому безперервні та дискретні дані можуть передаватися в телекомунікаційній мережі або у вигляді безперервних або у вигляді дискретних сигналів.
Процес перетворення (спосіб представлення) даних у вид, необхідний передачі лінії зв'язку і дозволяє, у деяких випадках, виявляти і виправляти помилки, що виникають через перешкод під час їх передачі, називається кодированием. Прикладом кодування є представлення даних як двійкових символів. Залежно від параметрів середовища передачі та вимог до якості передачі даних можуть використовуватись різні методи кодування.
Лінія зв'язку - фізичне середовище, за яким передаються інформаційні сигнали, що формуються спеціальними технічними засобами, що належать до лінійного обладнання (передавачі, приймачі, підсилювачі тощо). Лінію зв'язку часто розглядають як сукупність фізичних ланцюгів та технічних засобів, що мають загальні лінійні споруди, пристрої їх обслуговування та одне й те саме середовище поширення. Сигнал, що передається в лінії зв'язку, називається лінійним (від слова лінія).
Лінії зв'язку можна розбити на 2 класи:
Кабельні (електричні та волоконно-оптичні лінії зв'язку);
Бездротові (радіолінії).
З урахуванням ліній зв'язку будуються канали зв'язку.
Канал зв'язку являє собою сукупність однієї або декількох ліній зв'язку та каналоутворювального обладнання, що забезпечують передачу даних між абонентами, що взаємодіють, у вигляді фізичних сигналів, відповідних типу лінії зв'язку.
Канал зв'язку може складатися з кількох послідовних ліній зв'язку, утворюючи складовий канал, наприклад: між абонентами А1 та А2 сформований канал зв'язку, що включає телефонні (ТфЛЗ) та волоконно-оптичну (ВОЛЗ) лінії зв'язку. В той же час, в одній лінії зв'язку, як буде показано нижче, може бути сформовано кілька каналів зв'язку, що забезпечують одночасну передачу між кількома парами абонентів.
Телекомунікаційна система
Під телекомунікаційними системами (ТЗ) прийнято розуміти структури та засоби, призначені для передачі великих обсягів інформації (як правило, у цифровій формі) за допомогою спеціально прокладених ліній зв'язку або радіоефіру. При цьому передбачається обслуговування значної кількості користувачів систем (від декількох тисяч). Телекомунікаційні системи включають такі структури передачі інформації, як телемовлення (колективне, кабельне, супутникове, стільникове), телефонні мережі загального користування (ТФОП), стільникові системи зв'язку (у тому числі макро-і мікро-стільникові), системи персонального виклику, супутникові системи зв'язку та навігаційне обладнання, волоконні мережі передачі інформації.
Слід зазначити, що основною вимогою до систем зв'язку є відсутність факту переривання зв'язку, але допускається деяке погіршення якості повідомлення і очікування встановлення зв'язку.
За призначенням телекомунікаційні системи групуються так:
· Системи телемовлення;
· Системи зв'язку (в т.ч. персонального виклику);
· комп'ютерні мережі.
За типом середовища передачі інформації:
· Кабельні (традиційні мідні);
· Оптоволоконні;
· Етерні;
· Супутникові.
За способом передачі:
· аналогові;
· Цифрові.
Ми розглянемо способи передачі: аналогові та цифрові.
Виділяють два класи у телекомунікаційних системах зв'язку (комутації). Це аналогові та цифрові системи.
Аналогові системи передачі та зв'язку (комутації).
У аналогових системах всі процеси (прийом, передача, зв'язок) засновані на аналогових сигналах. Прикладів таких систем безліч: телевізійне мовлення, радіо, телефонна комутація (зв'язок).
Цифрові системи передачі та зв'язку (комутації).
У цифрових системах усі процеси походять від цифрових (дискретних) сигналів. Прикладами є: сучасні об'єкти зв'язку, цифрова телефонія, цифрове телебачення. Еволюційний процес переходу від аналогових систем до цифрових пов'язаний:
1. століття нових технологій, відповідно до техніки все більше поширюються мікропроцесорні технології обробки сигналів;
2. створюється високошвидкісна павутина цифрових телекомунікаційних мереж;
Сполучними нитками павутини є магістралі, які є набором цифрових каналів комутації (зв'язку) глобального і локального масштабу. Звернення до цих каналів дозволено різним державним структурам, підприємствам бізнесу, приватним користувачам. Якість передачі та зв'язку відповідно дуже висока.
Давайте наведемо переваги цифрових систем передачі та обробки даних над аналоговими системами:
1. Надійність передачі даних, а також висока завадостійкість;
2. Зберігання даних на високому рівні;
3. Зав'язана на обчислювальній техніці;
4. Мінімізація виникнення помилок при обробці, передачі, комутації (зв'язку) даних;
Цифрова система передачі
Управління, автоматична система управління, в якій здійснюється квантування сигналів за рівнем і за часом. Безперервні сигнали (впливи), що виникають в аналоговій частині системи (в яку входять зазвичай об'єкт управління, виконавчі механізми і вимірювальні перетворювачі), піддаються перетворенню в аналогоцифрових перетворювачах, звідки в цифровій формі надходять для обробки в ЦВМ. Результати обробки даних піддаються зворотному перетворенню у вигляді безперервних сигналів (впливів) подаються на виконавчі механізми об'єкта управління. Використання ЦВМ дозволяє значно поліпшити якість управління, оптимізувати управління складними промисловими об'єктами. Прикладом може бути автоматизована система управління технологічними процесами (АСУТП).
| Поняття "цифрова передача" є досить широким і включає безліч питань, таких як вибір параметрів імпульсів у конкретному середовищі передачі, перетворення цифрової послідовності коду передачі і т.п. |
Синхронізація У цифрових системах передачі необхідно забезпечити виконання всіх операцій з обробки цифрових сигналів синхронно та послідовно. Якби ці операції відбувалися локально та синхронізувалися від одного джерела, то проблем не було б. В цьому випадку до стабільності генератора, що задає, не пред'являлися б жорсткі вимоги, так як на всіх ділянках відбувалися б однакові зміни тактової частоти. Але оскільки будь-яку систему цифрової передачі можна розглядати як таку, що складається з двох і більше напівкомплектів прийому та передачі, рознесених на значні відстані, то вимоги до синхронізації стають основними. Високостабільні і отже дорогі, тактові генератори можуть виявитися марними через лінійні перешкоди, що викликають фазові тремтіння тактових сигналів. Насправді фазові тремтіння викликають зміна числа бітів, переданих лінією. Для боротьби з цим явищем використовуються пристрої еластичної пам'яті, в яких запис здійснюється за тактовою частотою сигналу, а зчитування за тактовою частотою місцевого генератора. Така пам'ять дозволяє компенсувати навіть великі, але короткочасні відхилення тактової частоти. Однак еластична пам'ять не справляється при тривалих, навіть невеликих відхиленнях. Вона може переповнюватись або спустошуватися залежно від співвідношення тактових частот. При цьому виникає так зване ковзання. Рекомендацією ITU-T G.822 нормується частота прослизувань залежно від якості обслуговування та встановлюється розподіл тривалості роботи зі зниженою та незадовільною якістю. Таким чином, рекомендацією ITU-T допускаються на синхронних цифрових мережах деякі порушення синхронізації. Рекомендація ITU-T G.803 описує наступні режими цифрових мереж із синхронізації: · синхронний режим, у якому просковзання практично відсутні, маючи випадковий характер. Цей режим роботи мереж із примусовою синхронізацією, коли всі елементи мережі одержують тактову частоту від одного еталонного генератора. · псевдосинхронний режим виникає, коли є кілька високостабільних генераторів (їхня нестабільність не більше 10-11 згідно G.811). Допускається одне проковзання за 70 діб. Цей режим має місце на стиках мереж із синхронними режимами різних операторів. · плезіохронний режим з'являється на цифровій мережі при втраті елементом зовнішньої примусової синхронізації. На мережі із синхронним режимом таке може статися у разі відмови основних та резервних шляхів проходження синхросигналу або при виході з ладу еталонного генератора. Для забезпечення в цьому випадку прийнятного рівня проскальзування, 1 проскальзування за 17 годин, генератори елементів мережі повинні мати нестабільність не більше 10-9. · асинхронний режим характеризується одним проковзанням за 7 секунд дозволяє мати генератори з нестабільністю не гірше 10-5. Подібний режим практично не застосовується на цифрових мережах. В даний час всі системи цифрової передачі, що застосовуються на цифрових мережах, прийнято розділяти на системи PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy – плезіохронна цифрова ієрархія) та SDH (Synchronous Digital Hierarchy – синхронна цифрова ієрархія). Своїми назвами вони зобов'язані відповідним режимам синхронізації. У статті докладно розглянемо PDH, принципам SDH присвячена окрема стаття. Плезіохронна цифрова ієрархія Першими виникли системи PDH, їх основою стали системи з тимчасовим розподілом каналів (ВРК) та ІКМ-кодуванням. З історичних причин з'явилося два типи плезіохронної ієрархії - північноамериканська, що використовується в основному в США, Канаді та Японії, і європейська, що застосовується у більшості країн. Базовою швидкістю або нульовим рівнем в обох типах ієрархії (PDH та SDH) є швидкість 64 кбіт/с, під якою розуміється один стандартний телефонний канал. Наступною сходинкою в плезіохронних ієрархія є первинні цифрові системи передачі. Рекомендація ITU-T G.732 описує європейську систему (ІКМ20), а G.733 – північноамериканську (ІКМ24). Кадр або цикл системи ІКМ30 має тривалість 125 мкс і складається з 32 байт, кожен із яких належить до певного каналу системи. 1.1) Структура циклу. На малюнку наводиться структура циклу. Нульовий канал призначений передачі службових сигналів і сигналів синхронізації. Канали з 1 по 15 та з 17 по 31 є інформаційними або телефонними. У кожному циклі передається 32 * 8 = 256 біт, що у результаті дає швидкість 2048 кбіт/с. Канал під номером 16 називається каналом сигналізації і може використовуватися у двох варіантах: для передачі сигнальної інформації для телефонних каналів. І тут у кожному циклі байт каналу сигналізації розбивається дві половини. У першій половині послідовно протягом 15 циклів передається сигнальна інформація з 1 до 15 телефонного каналу, у другій - з 16 до 31 каналу. У нульовому циклі каналі сигналізації передається сигнал надциклової синхронізації. Таким чином, через канал сигналізації забезпечується передача сигнальної інформації для кожного каналу зі швидкістю 2 кбіт/с. · Канал сигналізації системи ІКМ30 може бути використаний для забезпечення передачі сигналізації по загальному каналу, наприклад, ГКС №7, або передачі даних. Пояснимо деякі позначення малюнку. У всіх службових байтах біт, позначений символом "Х", зарезервований для міжнародного використання. Біти Y зарезервовані для національного застосування. Біт "Z" служить для сигналізації про збої в надциклової синхронізації. Біт "А" використовується для сигналізації про наявність важливих повідомлень. Цей сигнал виникає (біт набуває значення “1”) у таких випадках: · Збій з електроживлення; · Збій циклової синхронізації; · Збій апаратури лінійного кодування; · Наявність помилок у вхідному сигналі 2,048 Мбіт / с; · Частота появи серійних помилок циклової синхронізації перевищує величину 10-3. Цикл ІКМ24 також має тривалість 125 мкс, але складається з 24 байт і одного додаткового біта. Кожен байт відноситься до певного каналу системи.  Рис. 1.2. Структура циклу. На малюнку наводиться структура циклу. За один цикл передається 24 * 8 + 1 = 193 біти, що дає швидкість 1544 кбіт/с. Циклова та надциклова синхронізація забезпечується певною комбінацією додаткового біта, при підрахунку за 12 циклів. Сигнальна інформація телефонних каналів передається по двох підканалах А і В, що утворюються молодшими бітами всіх каналів відповідно у 6 та 12 циклах. Ці канали забезпечують передачі сигналізації кожного телефонного каналу зі швидкістю 1,333 кбіт/с. Відсутність окремого сигнального каналу, порівняно з європейською ієрархією, дозволяє ефективніше використовувати пропускну здатність. Проте, відбувається невелике зменшення канальної швидкості. В силу кратності циклу формування сигнальних каналів, що дорівнює 6, зменшення швидкості “плаває” між каналами, що практично не впливає на якість мови, але не дозволяє одночасно здійснювати передачу даних по окремих каналах ИКМ24. Завдяки цикловій та надцикловій синхронізації підтримуються вимоги плезіохронного режиму роботи у первинних цифрових системах. Для синхронізації провідних генераторів у європейській ієрархії використовується тактова частота 2048 кГц, що виділяється із цифрового потоку зі швидкістю 2048 кбіт/с. Наступні сходинки північноамериканської та європейської плезіохронних цифрових ієрархій базуються на своїх первинних цифрових системах. У таблицях представлено співвідношення числа каналів та швидкостей. Таб. 1.1. Європейська плезіохронна цифрова ієрархія Таб. 1.2. Північноамериканська плезіохронна цифрова ієрархія На відміну від європейської, північноамериканська плезіохронна цифрова ієрархія має низку варіацій, які не були стандартизовані ITU-T. Використовується ще один сигнал DS1C зі швидкістю 3152 кбіт/с (Т1С), що забезпечує 48 телефонних каналів. У Японії замість швидкості 44736 кбіт/с використовується 32064 кбіт/с (480 каналів), а замість 274176 кбіт/с - 97728 кбіт/с (1440 каналів). Як видно з таблиць у північноамериканській ієрархії сигналам присвоєно назви DS, яке розшифровується дуже просто - цифровий сигнал (Digital Signal). Дуже часто для позначення швидкості цифрових сигналів використовуються цифро-літерні комбінації, що наведені в таблицях. Первинний цифровий потік формується за рахунок байтного об'єднання каналів. На наступних рівнях об'єднання відбувається на основі бітного мультиплексування первинних потоків. З огляду на плезіохронного характеру первинних потоків за її об'єднанні неминучі прослизання. Для зниження ймовірності їхньої появи використовують процедуру узгодження або вирівнювання швидкостей (стаффінг). Суть її полягає у додаванні на передавальному кінці "порожніх" бітів та виключення їх на приймальному. Це процедура позитивного стафінгу. Можливість вставки додаткових бітів надається використанням більшої швидкості об'єднаного потоку, ніж у суми вихідних. Окрім додаткових бітів ще передаються службові сигнали та сигнали циклової синхронізації. Головними недоліками плезіохронної цифрової ієрархії (PDH) є неможливість прямого доступу до каналів, без процедур демультиплексування/мультиплексування всього лінійного сигналу, та практична відсутність засобів моніторингу та управління. Потреба у більш високих швидкостях роботи цифрових систем передачі, підвищення вимог якості привели до створення систем синхронної цифрової ієрархії (SDH). |
1.3.1) Вторинна цифрова система передачі ІКМ120
Вторинною ЦСП з ІКМ, що відповідає рекомендаціям МККТТ щодо європейської ієрархії, є серійна система ІКМ-120. Вона призначена для організації каналів на місцевих та зонових ділянках первинної мережі за кабелями типів ЗКНАП та МКС. Основним вузлом системи ІКМ-120 є пристрій утворення типового вторинного цифрового потоку зі швидкістю передачі 8448 кбіт/с із чотирьох первинних зі швидкостями передачі 2048 кбіт/с (рис 1.3). При використанні чотирьох комплектів АЦО-30 первинної ЦСП можна отримати 120 каналів ТЧ, при цьому, як і первинних ЦСП, зберігаються всі варіанти організації замість каналів ТЧ каналів ПДІ, ЗВ тощо.
1.3. Структура ЦСП ІКМ-120
Рис. 1.4. Тимчасовий спектр ЦСП ІКМ-120
Таблиця 1.3. Тимчасовий спектр ЦСП ІКМ-120.
Лінійний тракт організується за двокабельною схемою, але на місцевих ділянках мережі допускається однокабельна. Номінальна схема кабельного ділянки lуч =5 км, максимальна довжина секції дистанційного живлення l дптах= 200 км. Максимальна довжина переприймальної ділянки ТЧ L max = 600км, що відповідає і максимальній протяжності зонової ділянки первинної мережі.
Цифровий потік у точці мережевого стику СС 2 між ВВГ та ОЛТ системи ІКМ-120 має параметри, відповідні рекомендаціям МККТТ, і тому може використовуватися для організації зв'язку за допомогою типової апаратури РРЛ і ВОЛЗ.
Вторинний цифровий потік поділяється на цикли тривалістю Тц = 125мкс, що складаються з 1056 розрядних інтервалів. Цикл поділяється на чотири однакові за тривалістю субцикли (рис. 1.4.). Перші вісім позицій I субциклу зайняті синхросигналом об'єднаного потоку (111001100), інші 256 позицій (з 9-ї по 264-ю включно) - інформацією посимвольно об'єднаних вихідних (чотирьох) потоків. На малюнку на відповідних позиціях зазначено номери символів вихідних потоків. Перші чотири позиції II субцикла зайняті першими символами команд узгодження швидкостей (КСС), а наступні чотири позиції - сигналами СС. Другі та треті символи КСС (команда позитивного узгодження має вигляд 111, а негативного – 000) займають перші чотири позиції III та IV субциклів.
Розподіл символів КСС дозволяє захистити команди від дії пакетів імпульсних перешкод. Позиції 5,...,8 субцикла III використовуються передачі сигналів ДІ (дві позиції), аварійних сигналів (одна позиція) і виклику службового зв'язку (одна позиція). У IV субциклі на позиціях 5,..., 8 передається інформація об'єднуються потоків при негативному узгодженні швидкостей. При позитивному узгодженні швидкостей виключається передача інформації на позиціях 9,..., 12 IV субцикла. Таким чином, загальна кількість інформаційних символів у циклі 1024+4. Оскільки операція узгодження швидкостей проводиться не частіше ніж через 78 циклів, позиції 5, ..., 8 субцикла IV займаються дуже рідко, і тому їх використовують для передачі інформації про проміжні значення і характер зміни швидкостей потоків, що об'єднуються.
1. Принципи побудови бездротових телекомунікаційних систем
1.1 Архітектура стільникових систем зв'язку.
1.2 Обслуговування абонента мережею.
1.3 Методи поділу абонентів у стільниковому зв'язку
1.4 Стандарт DECT для зв'язку.
1.5 Стандарти Bluetooth, Wi-Fi (802.11, 802.16).
2. Системи складних сигналів телекомунікаційних систем.
2.1 Спектри сигналів
2.2 Кореляційні властивості сигналів
2.3 Типи складних сигналів
2.4 Похідні системи сигналів
3. Модуляція складних сигналів
3.1 Геометричне представлення сигналів
3.2. Методи фазової маніпуляції сигналів (ФМ2, ФМ4, ОФМ).
3.3 Модуляція із мінімальним частотним зрушенням.
3.4 Квадратурна модуляція та її характеристики (QPSK, QAM).
3.5. Реалізація квадратурних модемів.
4. Характеристики прийому сигналів у телекомунікаційних системах.
4.1 Можливість помилок розрізнення М відомих сигналів
4.2 Можливість помилок розрізнення М флуктуючих сигналів.
4.3 Розрахунок помилок розрізнення М сигналів із невідомими
неенергетичними параметрами.
4.4 Порівняння синхронних та асинхронних систем зв'язку.
5. Висновок.
6. Список літератури
1. Принципи побудови бездротових телекомунікаційних систем
1.1 Архітектура стільникових систем зв'язку
Система стільникового зв'язку - це складна і гнучка технічна система, що допускає велику різноманітність, як за варіантами конфігурацій, так і за набором функцій, що виконуються. Прикладом складності та гнучкості системи є те, що вона може забезпечувати передачу як мови, так і інших видів інформації, зокрема текстових повідомлень та комп'ютерних даних. У частині передачі промови, своєю чергою, то, можливо реалізована звичайна двосторонній телефонний зв'язок, багатосторонній телефонний зв'язок (так звана конференцзв'язок – з участю у розмові більше двох абонентів одночасно), голосова пошта. При організації звичайної двосторонньої розмови, що починається з дзвінка, можливі режими автодозвону, очікування дзвінка, переадресації дзвінка.
Система стільникового зв'язку будується у вигляді сукупності осередків, або сот, що покривають територію, що обслуговується, наприклад, територію міста з передмістями. Осередки зазвичай схематично зображують у вигляді правильних рівновеликих шестикутників (рис. 1.1.), що за подібністю до бджолиних стільників і послужило приводом назвати систему стільникової. Коміркова, або стільникова, структура системи безпосередньо пов'язана з принципом повторного використання частот - основним принципом стільникової системи, що визначає ефективне використання виділеного частотного діапазону та високу ємність системи.
Рис. 1.1. Осередки (стільники) системи, що покривають всю територію, що обслуговується.
У центрі кожного осередку знаходиться базова станція, яка обслуговує всі рухомі станції (абонентські радіотелефонні апарати) у межах свого осередку (рис. 1.2.). При переміщенні абонента з одного осередку до іншого відбувається передача його обслуговування від однієї базової станції до іншої. Всі базові станції системи, у свою чергу, замикаються на центр комутації, з якого є вихід у Взаємопов'язану мережу зв'язку (ВСС) Росії, зокрема, якщо справа відбувається в місті, - вихід у звичайну міську мережу дротового телефонного зв'язку.
Рис. 1.2. Один осередок з базовою станцією в центрі, що обслуговує всі рухомі станції в осередку.
На рис. 1.3. наведено функціональну схему, що відповідає описаній структурі.
Рис. 1.3. Спрощена функціональна схема системи стільникового зв'язку: БС – базова станція; ПС – рухома станція (абонентський радіотелефон).
Насправді осередки ніколи не бувають суворої геометричної форми. Реальні межі осередків мають вигляд неправильних кривих, що залежать від умов поширення та згасання радіохвиль, тобто. від рельєфу місцевості, характеру та щільності рослинності та забудови тощо. Більше того, межі осередків взагалі не є чітко визначеними, так як межа передачі обслуговування рухомої станції з одного осередку в іншу може в деяких межах зміщуватися зі зміною умов поширення радіохвиль і в залежності від напрямку руху рухомої станції. Так само і положення базової станції лише приблизно співпадає з центром осередку, який до того ж не так просто визначити однозначно, якщо осередок має неправильну форму. Якщо ж базових станціях використовуються спрямовані (не ізотропні в горизонтальній площині) антени, то базові станції фактично виявляються межах осередків. Далі система стільникового зв'язку може включати більше одного центру комутації, що може бути обумовлено еволюцією розвитку системи або обмеженістю ємності комутатора. Можлива, наприклад, структура системи типу, показаної на рис. 1.4. – з кількома центрами комутації, один із яких умовно можна назвати «головним» чи «провідним».
Рис. 1.4. Система стільникового зв'язку із двома центрами комутації.
Розглянемо рухливу станцію – найбільш простий за функціональним призначенням та пристроєм елемент системи стільникового зв'язку, до того ж це єдиний елемент системи, який реально доступний користувачеві.
Блок-схема рухомої станції наведено на рис. 1.5. До її складу входять:
Блок керування;
Приймальний блок;
Антенний блок.
Рис. 1.5. Блок-схема рухомої станції (абонентського радіотелефонного апарату).
Приймальний блок, у свою чергу, включає передавач, приймач, синтезатор частот і логічний блок.
Найбільш простий за складом антени: він включає власне антену і комутатор прийом-передача. Останній для цифрової станції може бути електронним комутатором, що підключає антену або на вихід передавача, або на вхід приймача, оскільки рухлива станція цифрової системи ніколи не працює на прийом і передачу одночасно.
Блок управління включає мікротелефонну трубку – мікрофон та динамік, клавіатуру та дисплей. Клавіатура (набірне поле з цифровими та функціональними клавішами) служить для набору номера телефону абонента, а також команд, що визначають режим роботи рухомої станції. Дисплей служить для відображення різної інформації, що передбачає пристрій та режим роботи станції.
Приймальний блок значно складніше.
До складу передавача входять:
Аналого-цифровий перетворювач (АЦП) – перетворює на цифрову форму сигнал з виходу мікрофона, і вся подальша обробка та передача сигналу мовлення виробляються у цифровій формі, аж до зворотного цифро-аналогового перетворення;
Кодер промови здійснює кодування сигналу промови – перетворення сигналу, має цифрову форму, за певними законами з метою скорочення його надмірності, тобто. з метою скорочення обсягу інформації, що передається каналом зв'язку;
Кодер каналу – додає цифровий сигнал, одержуваний з виходу кодера мови, додаткову (надлишкову) інформацію, призначену для захисту від помилок при передачі сигналу по лінії зв'язку; з тією ж метою інформація піддається певному перепакування (перемноження); крім того, кодер каналу вводить до складу сигналу, що передається інформацію управління, що надходить від логічного блоку;
Модулятор – здійснює перенесення інформації кодованого відео на несучу частоту.
Приймач за складом в основному відповідає передавачу, але зі зворотними функціями блоків, що входять до нього:
Демодулятор виділяє з модульованого радіосигналу кодований відеосигнал, що несе інформацію;
Декодер каналу виділяє з вхідного потоку керуючу інформацію та спрямовує її на логічний блок; прийнята інформація перевіряється на наявність помилок, і виділені помилки наскільки можна виправляються; до подальшої обробки прийнята інформація піддається зворотному (по відношенню до кодера) перепакування;
Декодер промови відновлює що надходить з декодера каналу сигнал промови, переводячи їх у природну форму, з властивою йому надмірністю, але у цифровому вигляді;
Цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП) перетворює прийнятий сигнал мови в аналогову форму і подає його вихід динаміка;
Еквалайзер служить для часткової компенсації спотворень сигналу внаслідок багатопроменевого розповсюдження; по суті, він є адаптивним фільтром, що налаштовується за навчальною послідовністю символів, що входить до складу інформації, що передається; блок еквалайзера не є, взагалі кажучи, функціонально необхідним і в деяких випадках може бути відсутнім.
Для поєднання кодера і декодера іноді використовують найменування кодек.
Крім передавача і приймача, прийомопередавальний блок входять логічний блок і синтезатор частот. Логічний блок - це, по суті, мікрокомп'ютер зі своєю оперативною та постійною пам'яттю, що здійснює управління роботою рухомої станції. Синтезатор є джерелом коливань несучої частоти, що використовується передачі інформації по радіоканалу. Наявність гетеродина та перетворювача частоти обумовлено тим, що для передачі та прийому використовуються різні ділянки спектра.
Блок-схема базової станції наведено на рис. 1.6.
Рис. 1.6. Блок-схема базової станції.
Наявність кількох приймачів і такої кількості передавачів дозволяє вести одночасну роботу кількох каналах з різними частотами.
Одноіменні приймачі і передавачі мають загальні опорні генератори, що перебудовуються, що забезпечують їх узгоджену перебудову при переході з одного каналу на інший. Для забезпечення одночасної роботи N приймачів на одну приймальню та N передавачів на одну передавальну антену між приймальною антеною та приймачами встановлюється дільник потужності на N виходів, а між передавачами та передавальною антеною – суматор потужності на N входів.
Приймач і передавач мають ту саму структуру, що і в рухомий станції, за винятком того, що тут відсутні ЦАП і АЦП, оскільки і вхідний сигнал передавача, і вихідний сигнал приймача мають цифрову форму.
Блок сполучення з лінією зв'язку здійснює упаковку інформації, що передається по лінії зв'язку на центр комутації, та розпакування інформації, що приймається від нього.
Контролер базової станції, що є досить потужний і досконалий комп'ютер, забезпечує управління роботою станції, і навіть контроль працездатності всіх блоків і вузлів.
Центр комутації є мозковим центром та одночасно диспетчерським пунктом системи стільникового зв'язку, на який замикаються потоки інформації з усіх базових станцій і через який здійснюється вихід на інші мережі зв'язку – стаціонарну телефонну мережу, мережі міжміського зв'язку, супутникового зв'язку, інші стільникові мережі.
Блок-схему центру комутації представлено на рис. 1.7. Комутатор здійснює перемикання потоків інформації між відповідними лініями зв'язку. Він може, зокрема, направити потік інформації від однієї базової станції до іншої або від базової станції до стаціонарної мережі зв'язку, або навпаки.
Комутатор підключається до ліній зв'язку через відповідні контролери зв'язку, що здійснюють проміжне оброблення (упаковку/розпаковування, буферне зберігання) потоків інформації. Загальне управління роботою центру комутації та системи загалом виробляється від центрального контролера, який має сильне математичне забезпечення. Робота центру комутації передбачає активну участь операторів, тому до складу центру входять відповідні термінали, а також засоби відображення та реєстрації (документування) інформації. Оператором вводяться дані про абонентів та умови їх обслуговування, вихідні дані щодо режимів роботи системи.
Рис. 1.7. Блок-схема центру комутації.
Важливими елементами системи є бази даних – домашній регістр, гостьовий регістр, центр аутентифікації, регістр апаратури. Домашній регістр містить відомості про всіх абонентів, зареєстрованих у цій системі, та про види послуг, які можуть бути їм надані. Тут же фіксується розташування абонента для організації його виклику, і реєструються фактично надані послуги. Гостьовий регістр містить приблизно таку ж інформацію про абонентів – гостях (роумерах), тобто. про абонентів, зареєстрованих в іншій системі, але які користуються нині послугами стільникового зв'язку у цій системі. Центр аутентифікації забезпечує процедури аутентифікації абонентів та шифрування повідомлень. Регістр апаратури, якщо він існує, містить відомості про рухомі станції, що експлуатуються, на предмет їх справності та санкціонованого використання.
1.2 Обслуговування абонента мережею
Інтерфейс – система сигналів, з яких пристрої системи стільникового зв'язку з'єднуються друг з одним. У кожному стандарті стільникового зв'язку використовується кілька інтерфейсів (різних у різних стандартах).
З усіх інтерфейсів, що використовуються в стільниковому зв'язку, один займає особливе місце – це інтерфейс обміну між рухомою та базовою станціями. Він має назву ефірного інтерфейсу. Ефірний інтерфейс обов'язково використовується в будь-якій системі стільникового зв'язку, при будь-якій її конфігурації та в єдиному можливому для свого стандарту стільникового зв'язку варіанті.
Ефірний інтерфейс системи D-AMPS стандарту IS-54 відрізняється порівняльною простотою (рис. 1.8).
Канал трафіку – це канал передачі або даних. Передача інформації на каналі трафіку організується наступними один за одним кадрами тривалістю 40 мс. Кожен кадр складається із шести тимчасових інтервалів – слотів; тривалість слота (6.67 мс) відповідає 324 бітам. При повношвидкісному кодуванні однією мовний канал у кожному кадрі відводиться два слоти, тобто. 20-мілісекундний сегмент мови упаковується в один слот, тривалість якого втричі менша. При напівшвидкісному кодуванні однією мовний канал приділяється один слот у кадрі, тобто. Упаковка сигналу мови виявляється вдвічі більш щільною, ніж при повношвидкісному кодуванні.
Рис.1.8. Структура кадру та слота системи D-AMPS (канал трафіку; стандарт IS-54): Data – інформація мови; Sync(Sc) – синхронізуюча (навчальна) послідовність; SACCH - інформація повільного поєднання каналу управління; CDVCC(CC) – кодований цифровий код підтвердження кольору; G – захисний бланк; R – інтервал фронту імпульсу передавача; V, W, X, Y – шістнадцяткові нулі; Res – резерв.
Слот має дещо різну структуру у прямому каналі трафіку – від базової станції до рухомої та у зворотному каналі трафіку – від рухомої станції до базової. В обох випадках на передачу промови відводиться 260 біт. Ще 52 біти займає керуюча та допоміжна інформація. Вона включає: 28-бітову навчальну послідовність, що використовується для ідентифікації слота в межах кадру, синхронізації слота в часі та налаштування еквалайзера; 12-бітове повідомлення сигналізації (контролю та управління) каналу SACCH; 12-бітове поле кодованого цифрового коду забарвлення (CDVCC), що служить для ідентифікації рухомої станції при прийомі її сигналу базовою станцією (код призначається базовою станцією індивідуально для кожного каналу, тобто для кожної рухомої станції та ретранслюється останньою назад на базову).
12 бітів, що залишилися, в прямому каналі не використовуються (резерв), а в зворотному каналі виконують функцію захисного інтервалу, протягом якого не передається ніякої корисної інформації.
На початковому етапі встановлення зв'язку використовується укорочений слот, у якому багаторазово повторюються синхронізуюча послідовність та код CDVCC, що розділяються нульовими числами різної довжини. Наприкінці укороченого слота є додатковий захисний бланк. Рухлива станція передає укорочені слоти доти, доки базова станція не вибере необхідну тимчасову затримку, що визначається видаленням рухомої станції від базової.
Існують кілька каналів зв'язку: частотні, фізичні та логічні.
Частотний канал – це смуга частот, що відводиться передачі однієї каналу зв'язку. В одному частотному каналі можуть розміщуватися кілька фізичних, наприклад, метод TDMA.
Фізичний канал у системі з множинним доступом на основі тимчасового поділу (TDMA) – це тимчасовий слот із певним номером у послідовності кадрів ефірного інтерфейсу.
Логічні канали поділяють на вигляд інформації, що передається у фізичному каналі на канал трафіку і канал управління. По каналу управління передається сигнальна інформація, що включає інформацію управління та інформацію контролю стану апаратури, а каналом трафіку передаються мова і дані.
(Трафік – це сукупність повідомлень, що передаються лінією зв'язку).
Розглянемо роботу рухомої станції в межах одного осередку своєї («домашньої») системи, без передачі обслуговування. В цьому випадку в роботі рухомої станції можна виділити чотири етапи, яким відповідають чотири режими роботи:
Включення та ініціалізація;
Режим очікування;
Режим встановлення зв'язку (дзвінка);
Режим ведення зв'язку (телефонної розмови).
Після ввімкнення рухомої станції проводиться ініціалізація - початковий запуск. Протягом цього етапу відбувається налаштування рухомої станції на роботу у складі системи – за сигналами, що регулярно передаються базовими станціями по відповідним каналам управління, після чого рухома станція переходить у режим очікування.
Перебуваючи в режимі очікування, рухома станція відстежує:
Зміни інформації системи – ці зміни можуть бути пов'язані як із змінами режиму роботи системи, так і з переміщеннями рухомої станції;
Команди системи – наприклад, команду підтвердити свою працездатність;
отримання виклику з боку системи;
Ініціалізація виклику з боку власного абонента.
Крім того, рухома станція може періодично, наприклад, раз на 10...15 хвилин, підтверджувати свою працездатність, передаючи відповідні сигнали на базову станцію. У центрі комутації кожної з включених рухомих станцій фіксується осередок, у якій вона «зареєстрована», що полегшує організацію процедури виклику рухомого абонента.
Якщо з боку системи надходить виклик номера рухомого абонента, центр комутації спрямовує цей виклик на базову станцію того осередку, в якій «зареєстрована» рухома станція, або на кілька базових станцій на околиці цього осередку – з урахуванням можливого переміщення абонента за час, що минув з моменту останньої «реєстрації», а базові станції передають його відповідними каналами виклику. Рухлива станція, яка перебуває в режимі очікування, отримує виклик та відповідає на нього через свою базову станцію, передаючи одночасно дані, необхідні для проведення процедури автентифікації. При позитивному результаті аутентифікації призначається канал трафіку, рухомий станції повідомляється номер відповідного частотного каналу. Рухлива станція налаштовується на виділений канал разом із базової станцією виконує необхідні кроки з підготовки сеансу зв'язку. На цьому етапі рухлива станція налаштовується на заданий номер слота в кадрі, уточнює затримку в часі, підлаштовує рівень потужності, що випромінюється, і т.п. Вибір тимчасової затримки проводиться з метою тимчасового узгодження слотів у кадрі при організації зв'язку з рухомими станціями, що знаходяться на різних дальностях від базової. При цьому тимчасова затримка рухомої станції, що передається, пачки регулюється по командах базової станції.
Потім базова станція видає повідомлення про подачу сигналу виклику (дзвінка), яке підтверджується рухомою станцією, і абонент, що викликає, отримує можливість почути сигнал виклику. Коли абонент відповідає на виклик, рухома станція видає запит на завершення з'єднання. З завершенням з'єднання починається сеанс зв'язку.
У процесі розмови рухома станція виробляє обробку сигналів мови, що передаються і приймаються, а також передаються одночасно з промовою сигналів управління. Після закінчення розмови відбувається обмін службовими повідомленнями між рухомою та базовою станцією, після чого передавач рухомої станції вимикається та станція переходить у режим очікування.
Якщо виклик ініціюється рухомої станції, тобто. абонент набирає номер абонента і натискає кнопку «виклик» на панелі управління, то рухома станція передає через свою базову станцію повідомлення із зазначенням виклику номера та даними для аутентифікації рухомого абонента. Після аутентифікації базова станція призначає канал трафіку, і наступні кроки з підготовки сеансу зв'язку такі самі, як і при надходженні виклику з боку системи.
Потім базова станція повідомляє центр комутації про готовність рухомий станції, центр комутації передає виклик у мережу, а абонент рухомий станції отримує можливість чути сигнали «виклик» чи «зайнято». З'єднання завершується на стороні мережі.
При кожному встановленні зв'язку виконуються процедури автентифікації та ідентифікації.
Аутентифікація – процедура підтвердження справжності (дійсності, законності, наявності прав користування послугами стільникового зв'язку) абонента системи рухомого зв'язку. Необхідність запровадження цієї процедури викликана неминучою спокусою отримання несанкціонованого доступу до послуг стільникового зв'язку.
Ідентифікація – процедура встановлення належності рухомої станції до однієї з груп, які мають певні властивості або ознаки. Ця процедура використовується для виявлення втрачених, вкрадених чи несправних апаратів.
Ідея процедури аутентифікації в цифровій системі стільникового зв'язку полягає в шифруванні деяких паролів-ідентифікаторів з використанням квазівипадкових чисел, що періодично передаються на рухому станцію з центру комутації, та індивідуального для кожної рухомої станції алгоритму шифрування. Таке шифрування, з використанням одних і тих же вихідних даних та алгоритмів, проводиться як на рухомій станції, так і в центрі комутації, і автентифікація вважається успішною, якщо обидва результати збігаються.
Процедура ідентифікації полягає у порівнянні ідентифікатора абонентського апарату з номерами, що містяться у відповідних «чорних списках» регістру апаратури, з метою вилучення з обігу вкрадених та технічно несправних апаратів. Ідентифікатор апарата робиться таким, щоб його зміна або підробка були важкими та економічно невигідними.
При переміщенні рухомої станції з одного осередку до іншого її обслуговування передається від базової станції першого осередку до базової станції другої (рис. 1.9.). Цей процес називається передачею обслуговування. Він має місце лише тоді, коли рухома станція перетинає межу осередків під час сеансу зв'язку та зв'язок при цьому не переривається. Якщо ж рухома станція перебуває в режимі очікування, вона просто відстежує ці переміщення за інформацією системи, що передається каналом управління, і в потрібний момент перебудовується на сильніший сигнал іншої базової станції.
Рис. 1.9. Передача обслуговування з осередку А в осередок Б під час перетину рухомою станцією межі осередків.
Необхідність передачі обслуговування виникає, коли якість каналу зв'язку, що оцінюється за рівнем сигналу і/або частоті бітової помилки, падає нижче допустимої межі. У стандарті D-AMPS рухлива станція вимірює ці характеристики тільки для робочого осередку, але при погіршенні якості зв'язку вона повідомляє про це через базову станцію на центр комутації, і по команді останнього аналогічні вимірювання виконуються рухомими станціями в сусідніх осередках. За результатами цих вимірювань центр комутації вибирає комірку, в яку має бути передано обслуговування.
Обслуговування передається з комірки з найгіршою якістю каналу зв'язку в комірку з кращою якістю, причому зазначена різниця має бути не меншою за певну задану величину. Якщо не вимагати виконання цієї умови, то, наприклад, при переміщенні рухомої станції приблизно вздовж межі осередків, можлива багаторазова передача обслуговування з першого осередку в другий і назад, що призводить до завантаження системи безглуздою роботою та зниження якості зв'язку.
Прийнявши рішення про передачу обслуговування, і обравши новий осередок, центр комутації повідомляє про це базової станції нового осередку, а рухомий станції через базову станцію старого осередку видає необхідні команди із зазначенням нового частотного каналу, номера робочого слота тощо. Рухлива станція перебудовується на новий канал і налаштовується на спільну роботу з новою базовою станцією, виконуючи приблизно ті кроки, що і при підготовці сеансу зв'язку, після чого зв'язок триває через базову станцію нового осередку. При цьому перерва в телефонній розмові не перевищує частин секунди і залишається непомітною для абонента.
Система стільникового зв'язку може функцію роумінгу – це процедура надання послуг стільникового зв'язку абоненту одного оператора в системі іншого оператора.
Ідеалізована та спрощена схема організації роумінгу така: абонент стільникового зв'язку, який опинився на території «чужої» системи, що допускає реалізацію роумінгу, ініціює виклик так, якби він знаходився на території «своєї» системи. Центр комутації, переконавшись, що у його домашньому регістрі цей абонент немає, сприймає його як роумера і заносить у гостьовий регістр. Одночасно він запитує в домашньому регістрі «рідної» системи роумера відомості, необхідних для організації обслуговування, і повідомляє, в якій системі роумер знаходиться в даний час; остання інформація фіксується у домашньому регістрі «рідної» системи роумера. Після цього роумер користується стільниковим зв'язком як удома.
1.3 Методи поділу абонентів у стільниковому зв'язку
Ресурс зв'язку представляє час і ширину смуги, доступні передачі сигналу у певній системі. Для створення ефективної системи зв'язку необхідно спланувати розподіл ресурсу між користувачами системи, щоб час/частота використовувалися максимально ефективно. Результатом такого планування має бути рівноправний доступ користувачів до ресурсу. Існує три основні методи поділу абонентів у системі зв'язку.
1. Частотний поділ. Розподіляються певні піддіапазони смуги частоти, що використовується.
2. Тимчасовий поділ. Абонентам виділяються періодичні часові інтервали. У деяких системах користувачі мають обмежений час для зв'язку. В інших випадках час доступу користувачів до ресурсу визначається динамічно.
3. Кодовий розподіл. Виділяються певні елементи набору ортогонально (або майже ортогонально) розподілених спектральних кодів, кожен із яких використовує весь діапазон частот.
При частотному розподілі (FDMA) ресурс зв'язку розподіляється згідно з рис. 1.10. Тут розподіл сигналів або користувачів діапазону частот є довгостроковим чи постійним. Ресурс зв'язку може одночасно містити кілька сигналів, що рознесені в спектрі.
Первинний частотний діапазон містить сигнали, які використовують проміжок частот між f 0 і f 1 другий - між f 2 і f 3 і т.д. Області спектра, що знаходяться між діапазонами, що застосовуються, називаються захисними смугами частот. Захисні лінії виконують роль буфера, що дозволяє знизити інтерференцію між сусідніми (за частотою) каналами.
Рис. 1.10. Ущільнення із частотним поділом.
Щоб немодульований сигнал використовував більш високий діапазон частот, його перетворюють за допомогою накладання або змішування (модуляції) цього сигналу та синусоїдального сигналу фіксованої частоти.
При тимчасовому поділі (TDMA) ресурс зв'язку розподілений шляхом надання кожному з M сигналів (користувачів) всього спектра протягом невеликого відрізка часу, що називається часовим інтервалом (рис. 1.11). Проміжки часу, що розділяють інтервали, що використовуються, називаються захисними інтервалами.
Захисний інтервал створює деяку тимчасову невизначеність між сусідніми сигналами і виступає у ролі буфера, знижуючи цим інтерференцію. Зазвичай час розбитий на інтервали, які називають кадрами. Кожен кадр поділяється на часові інтервали, які можуть бути розподілені між користувачами. Загальна структура кадрів періодично повторюється, так що передача даних за схемою TDMA – це один або більше інтервалів, які періодично повторюються протягом кожного кадру.
Рис. 1.11. Ущільнення з тимчасовим розподілом.
Множинний доступ із кодовим поділом (CDMA) є практичним додатком методів розширення спектра, які можна розділити на дві основні категорії: розширення спектра методом прямої послідовності та розширення спектра методом стрибкоподібної перебудови частоти.
Розглянемо розширення діапазону шляхом прямої послідовності. Метод розширення спектра отримав свою назву завдяки тому, що смуга, яка використовується для передачі сигналу, набагато ширша за мінімальну, необхідну для передачі даних. Отже, N користувачів отримують індивідуальний код g i (t), де i = 1,2, ..., N. Коди є приблизно ортогональні.
Блок-схему стандартної системи CDMA наведено на рис. 1.12.
Рис. 1.12. Множинний доступ із кодовим поділом.
Перший блок схеми відповідає модуляції даними несучої хвилі Acos 0 t. Вихід модулятора, що належить користувачеві групи 1, можна записати в наступному вигляді: s 1 (t)=A 1 (t)cos(ω 0 t+φ 1 (t)).
Вигляд отриманого сигналу може бути довільним. Модульований сигнал множиться на розширює сигнал g 1 (t), закріплений за групою 1; результат g 1 (t) s 1 (t) передається каналом. Аналогічним чином користувачів груп від 2 до N береться добуток кодової функції і сигналу. Досить часто доступ до коду обмежений чітко визначеною групою користувачів. Результуючий сигнал в каналі є лінійною комбінацією всіх сигналів, що передаються. Нехтуючи затримками передачі сигналів, зазначену лінійну комбінацію можна записати наступним чином: g 1 (t) s 1 (t) + g 2 (t) s 2 (t) + ... + g N (t) s N (t).
Множення s 1 (t) та g 1 (t) дає в результаті функцію, спектр якої є згорткою спектрів s 1 (t) та g 1 (t). Оскільки сигнал s 1 (t) можна вважати вузькосмуговим (у порівнянні з g 1 (t)), смуги g 1 (t) s 1 (t) та g 1 (t) можна вважати приблизно рівними. Розглянемо приймач, налаштований отримання повідомлень від групи користувачів 1. Припустимо, що отриманий сигнал і код g 1 (t), згенерований приймачем, повністю синхронізовані між собою. Першим кроком приймача буде множення отриманого сигналу g 1 (t). В результаті буде отримана функція g 1 2 (t) s 1 (t) і набір побічних сигналів 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). Якщо кодові функції g i (t) взаємно ортогональні, отриманий сигнал може бути вилучений ідеально за відсутності шумів, т.к.
.
Побічні сигнали легко відсіваються системою, оскільки
.
Основними перевагами CDMA є конфіденційність та перешкодостійкість.
1. Конфіденційність. Якщо код групи користувачів відомий лише дозволеним членам цієї групи, CDMA забезпечує конфіденційність зв'язку, оскільки несанкціоновані особи, які не мають коду, не можуть отримати доступ до інформації, що передається.
2. Завадостійкість. Модуляція сигналу послідовністю під час передачі вимагає його повторної модуляції тієї ж послідовністю прийому (що еквівалентно демодуляції сигналу), у результаті відновлюється вихідний вузькосмуговий сигнал. Якщо перешкода вузькосмугова, то демодулирующая пряма послідовність прийому впливає неї як модулирующая, тобто. «розмазує» її спектр по широкій смузі W ss , внаслідок чого у вузьку смугу сигналу W s потрапляє лише 1/G частина потужності перешкоди, так що вузькосмугова перешкода буде ослаблена у G раз, де G=W ss /W s (W ss - Смуга розширеного спектру, W s - Вихідний спектр). Якщо ж перешкода широкосмугова - зі смугою порядку W ss або ширше, то демодуляція не змінить ширини її спектру, і в смугу сигналу перешкода потрапить ослабленою в стільки разів, у скільки її смуга ширша за смугу W s вихідного сигналу.
1.4 Стандарт DECT для зв'язку
Системи та пристрої DECT поширені у більш ніж 30 країнах на всіх континентах планети. Фактично DECT – це набір специфікацій, що визначають радіоінтерфейси для різних видів мереж зв'язку та обладнання. DECT об'єднує вимоги, протоколи та повідомлення, що забезпечують взаємодію мереж зв'язку та кінцевого обладнання. Організація самих мереж та влаштування обладнання до стандарту не входять. Найважливіше завдання DECT – забезпечити сумісність обладнання різних виробників.
Спочатку DECT був орієнтований на телефонію - радіоподовжувачі, бездротові установчі АТС, надання радіодоступу до телефонних мереж загального користування. Але стандарт виявився настільки вдалим, що його стали використовувати у системах передачі даних, бездротового абонентського доступу до мереж зв'язку загального користування. DECT знайшов застосування у додатках мультимедіа та домашніх радіомережах, для доступу до Інтернету та факсимільного зв'язку.
Що ж є радіоінтерфейс DECT? У діапазоні шириною 20 МГц (1880 – 1900 МГц) виділено 10 несучих частот із інтервалом 1,728 МГц. У DECT застосовується технологія доступу з тимчасовим розподілом каналів – TDMA. Тимчасовий спектр поділено на окремі кадри по 10мс (рис. 1.13.). Кожен кадр розбитий на 24 тимчасові слоти: 12 слотів для прийому (з погляду терміналу, що носиться) і 12 – для передачі. Таким чином, на кожній з 10 несучих частот формується 12 дуплексних каналів - всього 120. Дуплекс забезпечується тимчасовим поділом (з інтервалом 5 мс) прийому/передачі. Для синхронізації застосовується 32-бітна послідовність "101010 ...". У DECT передбачено стиснення мови відповідно до технології адаптивної диференціальної імпульсно-кодової модуляції зі швидкістю 32 Кбіт/с. Тому інформаційна частина кожного слота – 320 біт. При передачі даних можливе поєднання тимчасових слотів. У радіотракті використано гаусову частотну модуляцію.
Базові станції (БС) та абонентські термінали (АТ) DECT постійно сканують усі доступні канали (до 120). При цьому вимірюється потужність сигналу на кожному каналі, яка заноситься в список RSSI. Якщо канал зайнятий або зашумлений, показник RSSI для нього високий. БС вибирає канал з найнижчим значенням RSSI для постійної передачі службової інформації про виклики абонентів, ідентифікатор станції, можливості системи і т.д. Ця інформація грає роль опорних сигналів для АТ – за ними абонентські пристрої визначають, чи є право доступу до тієї чи іншої БС, чи надає вона необхідні абоненту послуги, чи є в системі вільна ємність та вибирають БС з найбільш якісним сигналом.
У DECT канал зв'язку завжди визначає АТ. При запиті з'єднання від БС (вхідне з'єднання) АТ отримує повідомлення та вибирає радіоканал. Службова інформація передається базовою станцією та аналізується абонентським терміналом постійно, отже, АТ завжди синхронізується з найближчою з доступних БС. При встановленні нового з'єднання АТ вибирає канал із найнижчим значенням RSSI – це гарантує, що нове з'єднання відбувається на «чистому» каналі з доступних. Ця процедура динамічного розподілу каналів дозволяє позбавитися від частотного планування – найважливіша властивість DECT.
Рис. 1.13. Спектр DECT.
Оскільки АТ постійно, навіть при встановленому з'єднанні аналізує доступні канали, може відбуватися їх динамічне перемикання під час сеансу зв'язку. Таке перемикання можливе як на інший канал тієї самої БС, так і на іншу БС. Ця процедура називається "хендовер". При хендовері АТ встановлює нове з'єднання і якийсь час зв'язок підтримується по обох каналах. Потім вибирається найкращий. Автоматичне перемикання між каналами різних БС відбувається практично непомітно для користувача та повністю ініціюється АТ.
Істотно, що у радіотракті апаратури DECT потужність сигналу дуже мала – від 10 до 250 мВт. Причому 10 мВт – практично номінальна потужність для мікростільникових систем з радіусом стільники 30 – 50 м усередині будівлі та до 300 – 400 м на відкритому просторі. Передавач потужністю до 250 мВт використовується для радіопокриття великих територій (до 5 км).
При потужності 10 мВт можна розташовувати базові станції на відстані 25 м. В результаті досягається рекордна щільність одночасних з'єднань (близько 100 тис. абонентів) за умови розташування БС за схемою шестикутника в одній площині (на одному поверсі).
Для захисту від несанкціонованого доступу в системах DECT використовується процедура автентифікації БС та АТ. АТ реєструється у системі чи окремих базових станціях, яких має допуск. При кожному з'єднанні відбувається автентифікація: БС надсилає АТ «запит» - випадкове число (64 біт). АТ та БС на підставі цього числа та ключа аутентифікації за заданим алгоритмом обчислюють аутентифікаційну відповідь (32 біт), яку АТ передає на БС. БС порівнює обчислену відповідь із прийнятим і при їх збігу дозволяє підключення АТ. У DECT існує стандартний аутентифікаційний алгоритм DSAA.
Зазвичай, ключ аутентифікації обчислюється виходячи з абонентського аутентифікаційного ключа UAK довжиною 128 біт чи автентифікаційного коду AC (16 – 32 біт). UAK зберігається в ПЗУ АТ або картці DAM – аналог SIM-карти. AC можна вручну записати в ПЗУ АТ або вводити при аутентифікації. Спільно з UAK застосовують і персональний ідентифікатор користувача UPI довжиною 16-32 біти, що вводиться лише вручну. Крім того, несанкціонований знімання інформації в системах з TDMA вкрай складний і доступний лише фахівцям.
1.5 Стандарти Bluetooth , Wi - Fi (802.11, 802.16)
Специфікація Bluetooth визначає пакетний спосіб передачі інформації з тимчасовим мультиплексуванням. Радіообмін відбувається у смузі частот 2400-2483,5 МГц. У радіотракті застосований метод розширення спектра за допомогою частотних стрибків та дворівнева гаусова частотна модуляція.
Метод частотних стрибків передбачає, що вся відведена передачі смуга частот підрозділяється певну кількість подканалов шириною 1МГц кожен. Канал є псевдовипадковою послідовністю стрибків по 79 або 23 радіочастотним підканалам. Кожен канал ділиться на часові сегменти тривалістю 625 мкс, причому кожному сегменту відповідає певний підканал. Передавач у кожний момент часу використовує лише один підканал. Стрибки відбуваються синхронно в передавачі та приймачі в заздалегідь зафіксованій псевдовипадковій послідовності. За секунду може відбуватися до 1600 частотних стрибків. Такий метод забезпечує конфіденційність і деяку перешкодозахищеність передач. Перешкодозахищеність забезпечується тим, що якщо на якому-небудь підканалі пакет, що передається, не зміг бути прийнятий, то приймач повідомляє про це і передача пакета повторюється на одному з наступних підканалів, вже на іншій частоті.
Протокол Bluetooth підтримує як з'єднання типу точка-точка, так і точка багатоточка. Два або більше тих, що використовують один і той же канал пристрою утворюють пикосеть. Один із пристроїв працює як основне, а решта – як підлеглі. В одній пікосеті може бути до семи активних підлеглих пристроїв, при цьому інші підлеглі пристрої перебувають у стані паркування, залишаючись синхронізованими з основним пристроєм. Взаємодіючі пікосети утворюють «розподілену мережу».
У кожній пікосеті діє лише один основний пристрій, однак підпорядковані пристрої можуть входити до різних пікосетів. Крім того, основний пристрій однієї пікосети може бути підлеглим до іншого (рис.1.14.). Пікосети не синхронізовані один з одним за часом та частотою – кожна з них використовує свою послідовність частотних стрибків. В одній же пікосеті всі пристрої синхронізовані за часом та частотами. Послідовність стрибків є унікальною для кожної пікосети та визначається адресою її основного пристрою. Довжина циклу псевдовипадкової послідовності - 227 елементів.
Рис. 1. 14. Пікосеть з одним підлеглим пристроєм а), декількома б) та розподілена мережа в).
У стандарті Bluetooth передбачено дуплексну передачу на основі поділу часу. Основний пристрій передає пакети в непарні часові сегменти, а підлеглий пристрій – парні (рис. 1.15.). Пакети, залежно від довжини, можуть займати до п'яти часових сегментів. У цьому частота каналу не змінюється до закінчення передачі пакета (рис. 1.16.).
Рис. 1. 15. Тимчасова діаграма роботи каналу.
Протокол Bluetooth може підтримувати асинхронний канал даних, до трьох синхронних (з постійною швидкістю) голосових каналів або канал з одночасною асинхронною передачею даних та синхронною передачею голосу.
При синхронному з'єднанні основний пристрій резервує часові сегменти, що йдуть через так звані синхронні інтервали. Навіть якщо пакет прийнято з помилкою, повторно при синхронному з'єднанні він не передається. При асинхронному зв'язку використовуються часові сегменти, які не зарезервовані для синхронного з'єднання. Якщо в адресному полі асинхронного пакета адреса не вказана, пакет вважається широкомовним - його можуть читати всі пристрої. Асинхронне з'єднання дозволяє повторно передавати пакети, прийняті помилки.
Рис. 1. 16. Передача пакетів різної довжини.
Стандартний пакет Bluetooth містить код доступу довжиною 72 біти, 54-бітний заголовок та інформаційне поле довжиною не більше 2745 біт. Код доступу ідентифікує пакети, що належать до однієї пікесеті, а також використовується для синхронізації та процедури запитів. Він включає преамбулу (4 біти), слово синхронізації (64 біти) та трейлер – 4 біти контрольної суми.
Заголовок містить інформацію для управління зв'язком і складається з шести полів: AM_ADDR - 3-бітна адреса активного елемента; TYPE - 4-бітний код типу даних; FLOW - 1 біт управління потоком даних, що показує готовність пристрою до прийому; ARQN - 1 біт підтвердження правильного прийому; SEQN – 1 біт, службовець визначення послідовності пакетів; HEC - 8-бітна контрольна сума.
Інформаційне поле, залежно від типу пакетів, може містити або поля голосу, поля даних, або обидва типи полів одночасно.
Розглянемо стандарт IEEE 802.11, що у локальних мережах передачі – тобто. в Ethernet-подібних бездротових мережах, принципово асинхронних за своєю природою.
IEEE 802.11 розглядає два нижніх рівні моделі взаємодії відкритих систем – фізичний (визначаються спосіб роботи із середовищем передачі, швидкість та методи модуляції) та рівень ланки даних, причому на останньому рівні розглядається нижній підрівень – MAC, тобто основний рівень. керування доступом до каналу (середовищі передачі). IEEE 802.11 використовує діапазон 2,400 – 2,4835 ГГц із шириною смуги 83,5 МГц та передбачає пакетну передачу з 48-бітовими адресними пакетами.
Стандарт передбачає два основних способи організації локальної мережі – за принципом «кожний з кожним» (зв'язок встановлюється безпосередньо між двома станціями, всі пристрої повинні перебувати в зоні радіобачення, ніякого адміністрування не відбувається) і у вигляді структурованої мережі (з'являється додатковий пристрій – точка доступу, як правило, стаціонарна та діюча на фіксованому каналі, зв'язок між пристроями відбувається лише через точки доступу, через них можливий вихід у зовнішні провідні мережі).
Як правило, функції керування розподілені між усіма пристроями мережі IEEE 802.11 – режим DCF. Однак для структурованих мереж можливий режим PCF, коли керування передано одній певній точці доступу. Необхідність у режимі PCF виникає під час передачі чутливої до затримок інформації. Адже мережі IEEE 802.11 діють за принципом конкурентного доступу до каналу пріоритетів немає. Щоб їх за необхідності задавати, та введено режим PCF. Однак робота в даному режимі може відбуватися тільки в певні інтервали, що періодично повторюються.
Для безпеки передачі даних на MAC-рівні передбачені автентифікація станцій і шифрування даних, що передаються.
IEEE 802.11 здійснює множинний доступ до каналу зв'язку з контролем несучою та виявленням конфліктів. Станція може почати передачу лише якщо канал вільний. Якщо станції виявляють, що одному каналі намагаються працювати кілька станцій, вони припиняють передачу і намагаються відновити її через випадковий проміжок часу. Отже, навіть за передачі пристрій має контролювати канал, тобто. працювати на прийом.
Перед першою спробою отримати доступ до каналу, пристрій завантажує тривалість випадкового інтервалу очікування в спеціальний лічильник. Його значення декрементується із заданою частотою, поки канал вільний. Як тільки лічильник обнуляється, пристрій може займати канал. Якщо до обнулення лічильника канал займає інший пристрій, рахунок зупиняється, зберігаючи досягнуте значення. При наступній спробі відлік починається із збереженої величини. У результаті не встиг минулого разу отримує більше шансів зайняти канал наступного разу. У дротяних мережах Ethernet такого немає.
Пакети, з яких відбувається передача, фактично формуються на MAC-рівні, фізично до них додається заголовок фізичного рівня (PLCP), що складається з преамбули і власне PLCP-заголовка. Пакети MAC-рівня можуть бути трьох типів – пакети даних, контрольні та пакети управління. Їхня структура однакова. Кожен пакет включає MAC-заголовок, інформаційне поле та контрольну суму.
У широкосмугових бездротових мережах передачі даних з фіксованим доступом використовується стандарт IEEE 802.16.
Стандарт IEEE 802.16 описує роботу в діапазоні 10 - 66 ГГц систем з архітектурою "точка-багатоточка" (з центру - багатьом). Це двонаправлена система, тобто. передбачені низхідний (від базової станції до абонентів) та висхідний (до базової станції) потоки. У цьому канали маються на увазі широкосмугові (близько 25 МГц), а швидкості передачі – високі (наприклад, 120 Мбіт/с).
Стандарт IEEE 802.16 передбачає схему з модуляцією однієї несучої (у кожному частотному каналі) і допускає три типи квадратурної амплітудної модуляції: чотирипозиційну QPSK та 16-позиційну 16-QAM(обов'язкові для всіх пристроїв), а також 64-QAM(опціонально).
Дані фізично передаються у вигляді безперервної послідовності кадрів. Кожен кадр має фіксовану тривалість – 0,5; 1 та 2 мс. Кадр складається з преамбули (синхропослідності довжиною 32 QPSK-символу), керуючої секції, послідовності пакетів з даними. Оскільки система IEEE 802.16, що визначається стандартом IEEE, двонаправлена, необхідний дуплексний механізм. Він передбачає як частотне, і тимчасове поділ висхідного і низхідного каналів. При тимчасовому дуплексуванні каналів кадр ділиться на низхідний і висхідний субкадри, розділені спеціальним інтервалом. При частотному дуплексуванні висхідний і низхідний канали транслюються кожен на своїй несучій.
MAC-рівень IEEE 802.16 підрозділяється на три підрівні – підуровень перетворення сервісу (сервіси – це різні програми), основний підуровень та підуровень захисту. На рівні захисту реалізуються механізми аутентифікації та шифрування даних. На рівні перетворення сервісу відбувається трансформація потоків даних протоколів верхніх рівнів для передачі даних через мережі IEEE 802.16. Для кожного типу програм верхніх рівнів стандарт передбачає свій механізм перетворення. На основному рівні MAC формуються пакети даних, які потім передаються на фізичний рівень і транслюються через канал зв'язку. Пакет MAC включає заголовок та поле даних, за яким може слідувати контрольна сума.
Ключовий момент у стандарті IEEE 802.16 – це поняття сервісного потоку та пов'язані з ним поняття «з'єднання» та «ідентифікатор з'єднання» (CID). Сервісним потоком у стандарті IEEE 802.16 називається потік даних, пов'язаний із певним додатком. У цьому контексті з'єднання – це встановлення логічного зв'язку на MAC-рівнях на передавальній та приймальній стороні для передачі сервісного потоку. Кожному з'єднанню надається 16-розрядний ідентифікатор CID, з яким однозначно пов'язані тип та характеристики з'єднання. Сервісний потік характеризується набором вимог до каналу передачі (до часу затримки символів, рівню флуктуацій затримок і гарантованої пропускної спроможності). Кожному сервісному потоку надається ідентифікатор SFID, ґрунтуючись на якому БС визначають необхідні параметри пов'язаного з цим сервісним потоком конкретного з'єднання.
Основний принцип надання доступу до каналу стандарту IEEE 802.16 – це доступ за запитом. Жодна АС (абонентська станція) неспроможна нічого передавати, крім запитів на реєстрацію і надання каналу, поки БС дозволить їй цього, тобто. відведе тимчасовий інтервал у висхідному каналі та вкаже його розташування. АС може, як вимагати певний розмір лінії в каналі, так і просити про зміну вже наданого їй канального ресурсу. Стандарт IEEE 802.16 передбачає два режими надання доступу – для кожного окремого з'єднання та для всіх з'єднань певної АС. Очевидно, що перший механізм забезпечує більшу гнучкість, проте другий суттєво скорочує обсяг службових повідомлень і потребує меншої продуктивності від апаратури.
2. Системи складних сигналів для телекомунікаційних систем
2.1 Спектри сигналів
Спектр сигналу s(t) визначається перетворенням Фур'є
У випадку спектр є комплексної функцією частоти ω. Спектр може бути представлений у вигляді
,
де | S (ω) | – амплітудний, а φ(ω) – фазовий спектр сигналу s(t).
Спектр сигналу має такі властивості:
1. Лінійність: якщо є сукупність сигналів s 1 (t), s 2 (t), …, причому s 1 (t) S 1 (ω), s 2 (t) S 2 (ω), …, то сума сигналів перетворюється за Фур'є так:
де a i – довільні числові коефіцієнти.
2. Якщо сигналу s(t) відповідає спектр S(ω), то такому ж сигналу, зміщеному на t 0 відповідає спектр S(ω) помножений на e - jωt 0 s(tt 0)S(ω)e - jωt 0 .
3. Якщо s(t)S(ω), то
4. Якщо s(t)S(ω) та f(t)=ds/dt, то f(t)F(ω)=jωS(ω).
5. Якщо s(t)S(ω) і g(t)=∫s(t)dt, то g(t)G(ω)=S(ω)/jω.
6. Якщо u(t)U(ω), v(t)V(ω) та s(t)=u(t)v(t), то
.
Сигнал знаходиться за спектром за допомогою зворотного перетворення Фур'є
.
Розглянемо діапазони деяких сигналів.
1. Прямокутний імпульс.
Рис.2.1. Спектр прямокутного імпульсу.
2. Гаусівський імпульс.
s(t)=Uexp(-βt 2)
Рис.2.2. Спектр гаусівського імпульсу.
3. Згладжений імпульс
За допомогою чисельного інтегрування знаходимо спектр S(?).
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)
Рис. 2.3. Спектр згладженого імпульсу.
2.2 Кореляційні властивості сигналів
Для порівняння сигналів, зрушених у часі, вводять функцію автокореляції (АКФ) сигналу. Вона кількісно визначає ступінь відмінності сигналу u(t) та його зміщеної у часі копії u(t - τ) і дорівнює скалярному добутку сигналу та копії:
Безпосередньо видно, що з τ=0 автокореляційна функція стає рівною енергії сигналу: B u (0)=E u .
Автокореляційна функція парна: Bu(τ)=Bu(-τ).
При будь-якому значенні тимчасового зсуву модуль АКФ не перевищує енергії сигналу | У u (τ) | ≤ B u (0) = E u .
АКФ пов'язана із спектром сигналу наступним співвідношенням:
.
Вірно і зворотне:
.
Для дискретного сигналу АКФ визначається так:
і має такі властивості.
Дискретна АКФ парна: Bu(n) = Bu(-n).
При нульовому зсуві АКФ визначає енергію дискретного сигналу:
.
Іноді вводять взаємнокореляційну функцію (ВКФ) сигналів, яка описує як зрушення сигналів друг щодо друга за часом, а й різницю у формі сигналів.
ВКФ визначається так
для безперервних сигналів та
для дискретних сигналів
Розглянемо АКФ деяких сигналів.
1. Послідовність прямокутних імпульсів
Рис. 2.4. АКФ послідовність прямокутних імпульсів.
2. 7-позиційний сигнал Баркера
Bu (0) = 7, Bu (1) = Bu (-1) = 0, Bu (2) = Bu (-2) = -1, Bu (3) = Bu (-3 )=0, B u (4)= B u (-4)=-1, B u (5)= B u (-5)=0, B u (6)= B u (-6)=-1 , Bu (7) = Bu (-7) = 0.
Рис. 2.5. АКФ 7-позиційного сигналу Баркер.
3. 8-позиційні функції Уолша
Функція Уолша 2-го порядку
Bu (0) = 8, Bu (1) = Bu (-1) = 3, Bu (2) = Bu (-2) = -2, Bu (3) = Bu (-3 )=-3, B u (4)= B u (-4)=-4, B u (5)= B u (-5)=-1, B u (6)= B u (-6)= 2, Bu (7) = Bu (-7) = 1, Bu (8) = Bu (-8) = 0.
Рис. 2.6. АКФ функції Уолша 2-го порядку.
Функція Уолша 7-го порядку
Bu (0) = 8, Bu (1) = Bu (-1) = -7, Bu (2) = Bu (-2) = 6, Bu (3) = Bu (-3 )=-5, B u (4)= B u (-4)=4, B u (5)= B u (-5)=-3, B u (6)= B u (-6)=2 , Bu (7) = Bu (-7) = -1, Bu (8) = Bu (-8) = 0.
Рис. 2.7. АКФ функції Волша 7-го порядку.
2.3 Типи складних сигналів
Сигнал – це фізичний процес, який може нести корисну інформацію та поширюватись по лінії зв'язку. Під сигналом s(t) розумітимемо функцію часу, що відображає фізичний процес, що має кінцеву тривалість Т.
Сигнали, у яких база, рівна добутку тривалості сигналу Т на ширину його спектра, близька до одиниці, називаються «простими» або «звичайними». Розрізнення таких сигналів може бути здійснено за частотою, часом (затримкою) і фазою.
Складні, багатовимірні, шумоподібні сигнали формуються за складним законом. За час тривалості сигналу Т він зазнає додаткової маніпуляції (або модуляції) за частотою або фазою. Додаткова модуляція амплітуди використовується рідко. За рахунок додаткової модуляції спектр сигналу f (при збереженні його тривалості Т) розширюється. Отже, для такого сигналу B=T Δf>>1.
За деяких законах формування складного сигналу його спектр виявляється суцільним і майже рівномірним, тобто. близьким до спектру шуму з обмеженою шириною смуги. У цьому функція автокореляції сигналу має один основний викид, ширина якого визначається тривалістю сигналу, а шириною його діапазону, тобто. має вигляд, аналогічний до функції автокореляції шуму з обмеженою смугою частот. У зв'язку з цим такі складні сигнали називають шумоподібними.
Шумоподібні сигнали отримали застосування в широкосмугових системах зв'язку, так як: забезпечують високу перешкодозахищеність систем зв'язку; дозволяють організувати одночасну роботу багатьох абонентів у спільній смузі частот; дозволяють успішно боротися з багатопроменевим поширенням радіохвиль шляхом поділу променів; забезпечують найкраще використання спектра частот на обмеженій території порівняно з вузькосмуговими системами зв'язку.
Відома велика кількість різних шумоподібних сигналів (ШПС). Проте виділяють такі основні ШПС: частотно-модульовані сигнали; багаточастотні сигнали; фазоманіпульовані сигнали; дискретні частотні сигнали; дискретні складові частотні сигнали
Частотно-модульовані сигнали (ЧМ) є безперервними сигналами, частота яких змінюється за законом (рис. 2.8.).
Рис. 2.8. ЧС сигнал.
У системах зв'язку необхідно мати безліч сигналів. При цьому необхідність швидкої зміни сигналів та перемикання апаратури формування та обробки призводять до того, що закон зміни частоти стає дискретним. У цьому від ЧС сигналів переходять до ДЧ сигналів.
Багаточастотні (МЧ) сигнали є сумою N гармонік u 1 (t) ... u N (t), амплітуди та фази яких визначаються відповідно до законів формування сигналів (рис. 2.9.).
Рис. 2.9. МЧ сигнал.
МЧ сигнали є безперервними і їх формування та обробки важко пристосувати методи цифрової техніки.
Фазоманіпульовані (ФМ) сигнали є послідовністю радіоімпульсів, фази яких змінюються за заданим законом (рис. 2.10., а). Зазвичай фаза набуває двох значень (0 або π). У цьому радіочастотному ФМ сигналу відповідає відео-ФМ сигнал (рис. 2.10., б).
Рис. 2.10. ФМ сигнал.
ФМ сигнали дуже поширені, т.к. вони дозволяють широко використовувати цифрові методи при формуванні та обробці, і можна реалізувати такі сигнали із відносно великими базами.
Дискретні частотні (ДЧ) сигнали є послідовністю радіоімпульсів (рис. 2.11.), несучі частоти яких змінюються за заданим законом.
Рис. 2.11. ДЧ сигнал.
Дискретні складові частотні (ДСЧ) сигнали є ДЧ сигналами, у яких кожен імпульс замінено шумоподібним сигналом.
На рис. 2.12. зображено відеочастотний ФМ сигнал, окремі частини якого передаються різних несучих частотах.
Рис. 2.12. ДСЧ сигнал.
2.4 Похідні системи сигналів
Похідним сигналом називається сигнал, який у результаті перемноження двох сигналів. У разі ФМ сигналів перемноження повинне здійснюватися поелементно або, як найчастіше називають, посимвольно. Система, що складається з похідних сигналів, називається похідною. Серед похідних систем особливе значення мають системи, побудовані в такий спосіб. В якості основи використовується деяка система сигналів, кореляційні властивості якої не цілком задовольняють вимогам до КФ, але має певні переваги з точки зору простоти формування та обробки. Така система називається вихідною. Потім вибирається сигнал, який має певні властивості. Такий сигнал називається таким, що виробляє. Помножуючи виробляє сигнал за кожен сигнал вихідної системи, отримуємо похідну систему. Виробляє сигнал слід вибирати так, щоб похідна система була дійсно кращою за вихідну, тобто. щоб вона мала хороші кореляційні властивості. Комплексна огинаюча похідного сигналу S m (t) дорівнює добутку комплексних огибающих вихідних сигналів U m (t) і виробляє сигналу V m (t), тобто. S m (t) = U m (t) V μ (t). Якщо індекси змінюються в межах m=1..M, μ=1..H, обсяг похідної системи сигналів L=MH.
Вибір сигналів визначається рядом факторів, у тому числі і вихідною системою. Якщо сигнали вихідної системи широкосмугові, то сигнал, що виробляє, може бути широкосмуговим і мати малі рівні бічних піків функції невизначеності, близькі до середньоквадратичного значення. Якщо ж сигнали вихідної системи вузькосмугові, то достатньо виконання нерівності F V >> F U (F V – ширина спектра сигналів, що виробляють, F U – ширина спектра вихідних сигналів) та вимоги малості бічних піків АКФ.
Візьмемо як вихідну – систему Уолша. У цьому випадку сигнали, що виробляють, повинні бути широкосмуговими і мати хороші АКФ. Крім того, що виробляє сигнал повинен мати стільки елементів, що і вихідні сигнали, тобто. N=2 k елементів, де k – ціле число. Цим умовам загалом задовольняють нелінійні послідовності. Оскільки основним є вимога малості бічних піків АКФ, то класі нелінійних послідовностей були відібрані найкращі сигнали з числом елементів N=16, 32, 64. Ці сигнали показано на рис. 2.13. На рис. 2.13. вказані також значення числа блоків для кожного виробляючого сигналу. Вони близькі до оптимального значення μ 0 =(N+1)/2. Це і є необхідною умовою отримання хорошої АКФ із малими бічними піками.
Рис. 2.13. Виробляючі ФМ сигнали.
Обсяг похідної системи дорівнює обсягу системи Уолша N. Похідні системи мають кращі кореляційні властивості, ніж системи Уолша.
3. Модуляція складних сигналів
3.1 Геометричне представлення сигналів
Розглянемо геометричне чи векторне уявлення сигналів. Визначимо N-мірне ортогональне простір як простір, що визначається набором N лінійно незалежних функцій (j (t)), іменованих базисними. Будь-яка функція цього простору може виражатися через лінійну комбінацію базисних функцій, які повинні задовольняти умови
,
де оператор називається символом Кронекера. При ненульових константах K j місце називається ортогональним. Якщо базисні функції нормовані отже всі K j =1, простір називається ортонормованим. Основна умова ортогональності можна сформулювати так: кожна функція j (t) набору базисних функцій має бути незалежною від інших функцій набору. Кожна функція j (t) не повинна інтерферувати з іншими функціями в процесі виявлення. З геометричної точки зору всі функції j (t) взаємно перпендикулярні.
В ортогональному сигнальному просторі найпростіше визначається Евклідова міра відстані, що використовується в процесі виявлення. Якщо хвилі, що переносять сигнали, не формують такого простору, вони можуть перетворюватися на лінійну комбінацію ортогональних сигналів. Можна показати, що довільний кінцевий набір сигналів (si (t)) (i = 1 ... M), де кожен елемент множини фізично реалізуємо і має тривалість T, можна виразити як лінійну комбінацію N ортогональних сигналів 1 (t), 2 ( t), …, N (t), де NM, так що
де
Вид базису (j (t)) не задається; ці сигнали вибираються з погляду зручності і залежить від форми хвиль передачі сигналів. Набір таких хвиль (s i (t)) можна розглядати як набір векторів (s i) = (a i 1, a i 2, …, a iN). Взаємна орієнтація векторів сигналів описує зв'язок між сигналами (щодо їх фаз або частот), а амплітуда кожного вектора набору (s i ) є мірою енергії сигналу, що перенесена протягом часу передачі символу. Взагалі, після вибору набору з N ортогональних функцій, кожен із переданих сигналів s i (t) повністю визначається вектором його коефіцієнтів s i = (a i 1 , a i 2 , …, a iN) i = 1 … M.
3.2 Методи фазової маніпуляції сигналів (ФМ2, ФМ4, ОФМ)
Фазова маніпуляція (PSK) розробили на початку розвитку програми дослідження далекого космосу; Зараз схема PSK широко використовується в комерційних та військових системах зв'язку. Сигнал у модуляції PSK має такий вигляд:
Тут фаза φ i (t) може набувати M дискретних значень, зазвичай визначених наступним чином:
Найпростішим прикладом фазової маніпуляції є двійкова фазова маніпуляція (ФМ2). Параметр E – це енергія символу, T – час передачі символу. Робота схеми модуляції полягає у зміщенні фази модульованого сигналу si (t) на одне з двох значень, нуль або π (180 0). Типовий вид сигналу ФМ2 наведено на рис. 3.1.a), де явно видно характерні різкі зміни фази під час переходу між символами; якщо модульований потік даних складається з нулів і одиниць, що чергуються, такі різкі зміни будуть відбуватися при кожному переході. Модульований сигнал можна як вектор на графіці в полярної системі координат; довжина вектора відповідає амплітуді сигналу, яке орієнтація у загальному M-арном випадку – фазі сигналу щодо інших M – 1 сигналів набору. При модуляції ФМ2 (рис. 3.1.б)) векторне уявлення дає два протифазні (180 0) вектори. Набори сигналів, які можуть бути представлені подібними векторами протифазними, називаються антиподними.
Рис. 3.1. Двійкова фазова маніпуляція.
Ще одним прикладом фазової маніпуляції є модуляція ФМ4 (М = 4). При модуляції ФМ4 параметр E – це енергія двох символів, час – час передачі двох символів. Фаза модульованого сигналу набуває одного з чотирьох можливих значень: 0, π/2, π, 3π/2. У векторному поданні сигнал ФМ4 має вигляд, показаний на рис. 3.2.
Рис. 3.2. Сигнал ФМ4 у векторному поданні.
Розглянемо ще одне вид фазової маніпуляції – відносну фазову маніпуляцію (ОФМ) чи диференціальну фазову маніпуляцію (DPSK). Назва диференціальна фазова маніпуляція вимагає деякого пояснення, оскільки зі словом «диференціальний» пов'язані два різні аспекти процесу модуляції/демодуляції: процедура кодування та процедура виявлення. Термін «диференціальне кодування» використовується тоді, коли кодування двійкових символів визначається не їх значенням (тобто нуль або одиниця), а тим, чи збігається символ із попереднім або відрізняється від нього. Термін «диференціальне когерентне виявлення» сигналів у диференціальній модуляції PSK (саме в цьому значенні зазвичай використовується назва DPSK) пов'язаний зі схемою виявлення, яка часто відноситься до некогерентних схем, оскільки не вимагає узгодження по фазі з прийнятою несучою.
У некогерентних системах не робляться спроби визначити дійсне значення фази сигналу, що надходить. Отже, якщо переданий сигнал має вигляд
то прийнятий сигнал можна описати в такий спосіб.
Тут α – довільна константа, зазвичай гадана випадкової змінної, рівномірно розподіленої між нулем і 2π, а n(t) – шум.
Для когерентного виявлення використовують узгоджені фільтри; для некогерентного виявлення подібне неможливе, оскільки в цьому випадку вихід узгодженого фільтра залежатиме від невідомого кута α. Але якщо припустити, що α змінюється повільно щодо інтервалу в два періоди (2Т), то різниця фаз між двома послідовними сигналами не залежатиме від α.
Основа диференціального когерентного виявлення сигналів у модуляції DPSK полягає у наступному. У процесі демодуляції як опорну фазу може застосовуватися фаза несучої попереднього інтервалу передачі символу. Її використання вимагає диференціального кодування послідовності повідомлень у передавачі, оскільки інформація кодується різницею фаз між двома послідовними імпульсами. Для передачі i-го повідомлення (i=1,2,…,M) фаза поточного сигналу має бути зміщена на i =2πi/M радіан щодо фази попереднього сигналу. Взагалі, детектор обчислює координати сигналу, що надходить шляхом визначення його кореляції з локально генерованими сигналами cosω 0 t і sinω 0 t. Потім, як показано на рис. 3.3., детектор вимірює кут між вектором прийнятого поточного сигналу і вектором попереднього сигналу.
Рис. 3.3. Сигнальне місце для схеми DPSK.
Схема DPSK менш ефективна, ніж PSK, оскільки у першому випадку, внаслідок кореляції між сигналами, помилки мають тенденцію поширення (на сусідні часи передачі символів). Варто пам'ятати, що схеми PSK і DPSK відрізняються тим, що в першому випадку порівнюється прийнятий сигнал з ідеальним опорним, а в другому – два зашумлені сигнали. Зазначимо, що модуляція DPSK дає вдвічі більший шум, ніж модуляція PSK. Отже, при використанні DPSK слід очікувати вдвічі більшої ймовірності помилки, ніж у випадку з PSK. Перевагою схеми DPSK можна назвати меншу складність системи.
3.3 Модуляція із мінімальним частотним зрушенням.
Однією із схем модуляції без розриву фази є маніпуляція з мінімальним частотним зсувом (MSK). MSK можна розглядати як окремий випадок частотної маніпуляції без розриву фази. Сигнал MSK можна подати так.
Тут f 0 – несуча частота, d k =±1 представляє біполярні дані, що передаються зі швидкістю R=1/T, а x k – це фазова стала для k-го інтервалу передачі двійкових даних. Зазначимо, що при d k =1 частота, що передається, – це f 0 +1/4T, а при d k =-1 – це f 0 -1/4T. Протягом кожного Т-секундного інтервалу даних значення x k постійно, тобто. x k =0 або π, що диктується вимогою безперервності фази сигналу моменти t=kT. Ця вимога накладає обмеження на фазу, яке можна представити наступним рекурсивним співвідношенням x k .
Рівняння для s(t) можна переписати у квадратурному поданні.
Синфазний компонент позначається як a k cos(πt/2T)cos2πf 0 t, де cos2πf 0 t – несуча, cos(πt/2T) – синусоїдальне зважування символів, ak – інформаційно-залежний член. Подібним чином квадратурний компонент – це b k sin(πt/2T)sin2πf 0 t, де sin2πf 0 t – квадратурний доданок несучої, sin(πt/2T) – таке саме синусоїдальне зважування символів, b k – інформаційно-залежний член. Може здатися, що величини a і b можуть змінювати своє значення кожні T секунд. Однак через вимогу безперервності фази величина k може змінитися лише при переході функції cos(πt/2T) через нуль, а b k – тільки при переході через нуль sin(πt/2T). Отже, зважування символів у синфазному чи квадратурному каналі – це синусоїдальний імпульс із періодом 2T та змінним знаком. Синфазний та квадратурний компоненти зсунуті відносно один одного на T секунд.
Вираз для s(t) можна переписати в іншій формі.
Тут d I (t) і d Q (t) мають такий же сенс синфазного та квадратурного потоків даних. Схема MSK, записана у такому вигляді, іноді називається MSK з попереднім кодуванням. Графічне уявлення s(t) дано на рис. 3.4. На рис. 3.4. а) і в) показано синусоїдальне зважування імпульсів синфазного та квадратурного каналів, тут множення на синусоїду дає більш плавні переходи фази, ніж у вихідному поданні даних. На рис. 3.4. б) і г) показана модуляція ортогональних компонентів cos2πf 0 t і sin2πf 0 t синусоїдальними потоками даних. На рис. 3.4. д) представлено підсумовування ортогональних компонентів, зображених на рис. 3.4. б) та г). З виразу для s(t) та рис.3.4. можна укласти наступне: 1) сигнал s(t) має постійну огинаючу; 2) фаза радіочастотної несучої безперервна при бітових переходах; 3) сигнал s(t) можна розглядати як сигнал, модульований FSK, з частотами передачі f 0 +1/4T та f 0 -1/4T. Таким чином, мінімальне рознесення тонів, необхідне при модуляції MSK, можна записати так:
що дорівнює половині швидкості передачі бітів. Зазначимо, що рознесення тонів, необхідне MSK, – це половина (1/T) рознесення, необхідного при некогерентному виявленні сигналів, модулованих FSK. Це тим, що фаза несучою відома і безперервна, що дозволяє здійснити когерентну демодуляцію сигналу.
Рис. 3.4. Маніпуляція з мінімальним зрушенням: а) модифікований синфазний потік бітів; б) добуток синфазного потоку бітів та несучої; в) модифікований квадратурний потік бітів; г) добуток квадратурного потоку бітів та несучої; д) сигнал MSK.
3.4 Квадратурна модуляція та її характеристики ( Q PSK , QAM )
Розглянемо квадратурну фазову маніпуляцію (QPSK). Вихідний потік даних d k (t) = d 0, d 1, d 2 ... складається з біполярних імпульсів, тобто. d k приймають значення +1 або -1 (рис. 3.5.а)), що представляють двійкову одиницю та двійковий нуль. Цей потік імпульсів поділяється на синфазний потік d I (t) та квадратурний - d Q (t), як показано на рис. 3.5.б).
d I (t) = d 0, d 2, d 4, ... (парні біти)
d Q (t) = d 1, d 3, d 5, ... (непарні біти)
Зручну ортогональну реалізацію сигналу QPSK можна отримати, використовуючи амплітудну модуляцію синфазного та квадратурного потоків на синусній та косинусній функціях несучої.
За допомогою тригонометричних тотожностей s(t) можна представити у такому вигляді: s(t)=cos(2πf 0 t+θ(t)). Модулятор QPSK показаний на рис. 3.5.в), використовує суму синусоїдального та косинусоїдального доданків. Потік імпульсів d I (t) використовується для амплітудної модуляції (з амплітудою +1 або -1) косінусоїди. Це рівноцінно зсуву фази косінусоїди на 0 або π; отже, в результаті отримуємо сигнал BPSK. Аналогічно потік імпульсів d Q (t) модулює синусоїду, що дає сигнал BPSK, ортогональний попереднього. При підсумовуванні цих двох ортогональних компонентів, що несе, виходить сигнал QPSK. Величина θ(t) буде відповідати одному з чотирьох можливих поєднань d I (t) і d Q (t) у виразі для s(t): θ(t)=0 0 ±90 0 або 180 0 ; результуючі вектори сигналів показані сигнальному просторі на рис. 3.6. Оскільки cos(2πf 0 t) і sin(2πf 0 t) ортогональні, два сигнали BPSK можна виявляти окремо. QPSK має низку переваг перед BPSK: т.к. при модуляції QPSK один імпульс передає два біти, то в два рази підвищується швидкість передачі даних або за тієї ж швидкості передачі даних, що і в схемі BPSK, використовується вдвічі менша смуга частот; а так само підвищується завадостійкість, т.к. імпульси вдвічі довші, а відтак і більші за потужністю, ніж імпульси BPSK.
Рис. 3.5. Модуляція QPSK.
Рис. 3.6. Сигнальне місце для схеми QPSK.
Квадратурну амплітудну модуляцію (KAM, QAM) можна вважати логічним продовженням QPSK, оскільки сигнал QAM також складається з двох незалежних амплітудно-модульованих несучих.
При квадратурної амплітудної модуляції змінюється як фаза, так і амплітуда сигналу, що дозволяє збільшити кількість біт, що кодуються, і при цьому істотно підвищити перешкодостійкість. Квадратурне представлення сигналів є зручним та досить універсальним засобом їх опису. Квадратурне уявлення полягає у вираженні коливання лінійною комбінацією двох ортогональних складових – синусоїдальної та косінусоїдальної (синфазної та квадратурної):
s(t)=A(t)cos(ωt + φ(t))=x(t)sinωt + y(t)cosωt, де
x(t)=A(t)(-sinφ(t)),y(t)=A(t)cosφ(t)
Така дискретна модуляція (маніпуляція) здійснюється двома каналами, на несучих, зрушених на 90 0 друг щодо друга, тобто. що знаходяться у квадратурі (звідси і назва).
Пояснимо роботу квадратурної схеми з прикладу формування сигналів чотирифазної ФМ (ФМ-4) (рис. 3.7).
Рис. 3.7. Схема квадратурного модулятора.
Рис. 3.8. 16-річний простір сигналів (QAM-16).
Вихідна послідовність двійкових символів тривалістю Т за допомогою регістру зсуву поділяється на непарні імпульси y, що подаються в квадратурний канал (cosωt), і парні – x, що надходять до синфазного каналу (sinωt). Обидві послідовності імпульсів надходять на входи відповідних формувачів маніпульованих імпульсів, на виходах яких утворюються послідовності біполярних імпульсів x(t) та y(t) з амплітудою ±U m та тривалістю 2T. Імпульси x(t) та y(t) надходять на входи канальних перемножувачів, на виходах яких формуються двофазні (0, π) ФМ коливання. Після підсумовування вони утворюють сигнал ФМ-4.
На рис. 3.8. показано двомірний простір сигналів і набір векторів сигналів, модулованих 16-річною QAM і зображених точками, які розташовані у вигляді прямокутної сукупності.
З рис. 3.8. видно, що відстань між векторами сигналів у сигнальному просторі при QAM більше, ніж при QPSK, отже, QAM є більш стійкою до перешкод у порівнянні з QPSK,
3.5 Реалізація квадратурних модемів
Модем призначений передачі/прийому інформації по звичайним телефонним проводам. У цьому сенсі модем здійснює роль інтерфейсу між комп'ютером та телефонною мережею. Його основне завдання полягає в перетворенні інформації, що передається до виду, прийнятному для передачі по телефонних каналах зв'язку, і в перетворенні прийнятої інформації до виду, прийнятному для комп'ютера. Як відомо, комп'ютер здатний обробляти та передавати інформацію у двійковому коді, тобто у вигляді послідовності логічних нулів та одиниць, званих бітами. Логічній одиниці можна поставити у відповідність високий рівень напруги, а логічному нулю – низький. При передачі інформації по телефонним проводам необхідно, щоб характеристики електричних сигналів, що передаються (потужність, спектральний склад і т.д.) відповідали вимогам приймальної апаратури АТС. Одне з основних вимог у тому, щоб спектр сигналу лежав діапазоні від 300 до 3400 Гц, тобто мав ширину трохи більше 3100 Гц. Для того, щоб задовольнити цьому та багатьом іншим вимогам, дані піддаються відповідному кодуванню, яким, власне, і займається модем. Існує кілька способів можливого кодування, при яких дані можна передавати по абонентських комутованих каналах. Ці способи відрізняються один від одного, як швидкістю передачі, так і стійкістю до перешкод. У той же час, незалежно від способу кодування, дані передаються абонентськими каналами тільки в аналоговому вигляді. Це означає, що передачі інформації використовується синусоїдальний несучий сигнал, який піддається аналогової модуляції. Застосування аналогової модуляції призводить до спектру набагато меншої ширини за постійної швидкості передачі інформації. Аналогова модуляція - це спосіб фізичного кодування, у якому інформація кодується зміною амплітуди, частоти і фази синусоїдального сигналу несучої частоти. Існує кілька базових способів аналогової модуляції: амплітудна, частотна та відносна фазова. У модемах використовуються перелічені способи модуляції, але не окремо, а всі разом. Наприклад, амплітудна модуляція можна використовувати разом із фазової модуляцією (амплітудно-фазова модуляція). Головна проблема, що виникає під час передачі інформації абонентськими каналами, - це підвищення швидкості. Швидкість обмежується шириною спектральної лінії пропускання каналу зв'язку. Однак є спосіб, що дозволяє значно підвищити швидкість передачі без збільшення ширини спектра сигналу. Основна ідея такого способу полягає у використанні багатопозиційного кодування. Послідовність біт даних розбивається на групи (символи), кожній з яких ставиться у відповідність деякий дискретний стан сигналу. Наприклад, використовуючи 16 різних станів сигналу (вони можуть відрізнятися один від одного як по амплітуді, так і по фазі), можна закодувати всі можливі комбінації для послідовностей з 4 біт. Відповідно 32 дискретні стани дозволять закодувати в одному стані групу з п'яти біт. Насправді підвищення швидкості передачі інформації використовується в основному многопозиционная амплітудно-фазова модуляція з кількома можливими значеннями рівнів амплітуди і зсуву фази сигналу. Такий тип модуляції отримав назву квадратурної амплітудної модуляції (КАМ). У разі КАМ стану сигналу зручно зображати на площині сигнальної. Кожна точка сигнальної площини має дві координати: амплітуду і фазу сигналу і є закодованою комбінацією послідовності біт. Для підвищення завадостійкості квадратурної амплітудної модуляції може використовуватися так звана треліс-модуляція (Trellis Code Modulation, ТСМ) або, інакше, ґратчасте кодування. При треліс-модуляції до кожної групи біт, що передаються за один дискретний стан сигналу, додається ще один надлишковий треліс-біт. Якщо, наприклад, інформаційні біти розбиті на групи по 4 біти (всього можливе 16 різних комбінацій), то в сигнальній площині розміщується 16 сигнальних точок. Додавання п'ятого треліс-біта призведе до того, що можливих комбінацій виявиться 32, тобто кількість сигнальних точок збільшиться вдвічі. Проте чи всі комбінації біт є дозволеними, тобто мають сенс. У цьому полягає ідея треліс-кодування. Значення треліс-біта, що додається, визначається за особливим алгоритмом. Розрахунком треліс-біта, що додається, займається спеціальний кодер. На модемі, що приймає, для аналізу послідовностей, що надходять, бітів призначений спеціальний декодер - так званий декодер Вітербі. Якщо послідовності, що приймаються, є дозволеними, то вважається, що передача відбувається без помилок і треліс-біт просто видаляється. Якщо ж серед послідовностей, що приймаються, зустрічаються заборонені послідовності, то за допомогою особливого алгоритму декодер Вітербі знаходить найбільш підходящу дозволену послідовність, виправляючи, таким чином, помилки передачі. Отже, сенс решітчастого кодування - ціною порівняно невеликої надмірності підвищити завадостійкість передачі. Використання треліс-кодування дозволяє головним чином захистити від переплутування саме сусідні в сигнальному просторі точки, які якраз найбільше схильні до можливості «переплутатися» під дією перешкод.
4. Характеристики прийому сигналів у телекомунікаційних системах
4.1 Можливості помилок розрізнення M відомих сигналів
Під виявленням сигналу в радіоелектроніці розуміють аналіз прийнятого коливання y(t), що завершується винесенням рішення про наявність або відсутність у ньому деякої корисної складової, яку називають сигналом. Розрізнення М сигналів визначають як аналіз прийнятого коливання y(t), що закінчується прийняттям рішення про те, який саме з М сигналів, що належать зазначеному наперед безліч S(s 0 (t), s 1 (t), …, s M -1 ( t)) присутній у y(t). Виявлення сигналу є окремий випадок розрізнення двох сигналів, один з яких дорівнює нулю на всьому інтервалі спостереження.
Нехай коливання y(t), що спостерігається, є реалізацією випадкового процесу, який має розподіл W y , тобто. n-мірну щільність ймовірності (ПВ) W(y) [або функціонал ПВ W(y(t))], що належить одному з М класів, що не перетинаються, W i (W i ∩W k =Ø, i≠k, i, k= 0, 1, …, M-1). Необхідно, поспостерігавши реалізацію y(t), вирішити, якому класів належить W y . Припущення про те, що W y W i називають гіпотезою H i: W y W i . Рішення, що є результатом перевірки гіпотез, позначатимемо , де i(0, 1, …, M-1) – номер гіпотези, істинність якої декларується прийнятим рішенням. Аналізоване коливання y(t) є результатом взаємодії присутнього в ньому сигналу s i (t) з випадковим процесом, що заважає (перешкодою, шумом) x(t): y(t)=F. Від того, який М можливих сигналів присутній у y(t), залежить ПВ ансамблю, якому належить y(t), так що кожному s i (t) відповідає деякий клас W i розподілів ансамблю, що представляється y(t). Таким чином, гіпотези H i трактуються як припущення про наявність i-го (і тільки i-го) сигналу y(t). У цьому рішення , одне з яких є результатом процедури розрізнення, є твердження у тому, що у прийнятому коливанні міститься саме i-й сигнал. Гіпотезам H i відповідають класи W i. Гіпотезу H i називають простою, якщо клас W i містить один і лише один розподіл. Будь-яку іншу гіпотезу називають складною. М складних гіпотез називають параметричними, якщо відповідні їм класи відрізняються один від одного лише значеннями кінцевого числа параметрів одного й того ж розподілу, що описується відомим законом. Інакше гіпотези називають параметричними.
Розглянемо розрізнення М детермінованих ненульових сигналів однакової енергії. При цьому за основу буде прийнято правило максимальної правдоподібності.
оптимальне у разі, коли критерієм якості служить сума умовних ймовірностей помилок, чи повна ймовірність помилки при рівних апостеріорних ймовірностях всіх сигналів p i =1/M.
При довільному М розрізняльник, що дотримується правила МП, вважає присутнім у y(t) сигнал, найменш віддалений від y(t) у сенсі евклідова відстані 
або, що при однакових енергіях сигналів рівносильно, що має з y(t) максимальну кореляцію 
. Якщо розглядати сигнали s 0 (t), s 1 (t), …, s M -1 (t) як пучок векторів, розташований у М-мірному просторі, то для того, щоб по можливості зменшити ймовірність переплутування i-го сигналу з k -м слід максимально «розсунути» i-й і k-й вектори. Таким чином, оптимальний вибір М детермінованих сигналів зводиться до пошуку такої конфігурації пучка М векторів, в якій мінімальна евклідова відстань між парою векторів була б максимальною: mind ik =max (i≠k). Оскільки за рівності енергій, тобто. довжин векторів
де ρ ik – коефіцієнт кореляції i-го та k-го сигналів, Е – енергія сигналу, то вимога максимуму мінімальної відстані тотожна умові мінімуму максимального коефіцієнта кореляції у множині сигналів S(s 0 (t), s 1 (t), …, s M-1(t)). Максимально максимального коефіцієнта кореляції встановлюється досить легко. Просумувавши ρ ik по всіх i та k, отримаємо
де нерівність випливає із невід'ємності квадрата під інтегралом. Крім того, у сумі зліва М доданків при i=k рівні одиниці, а решта М(М-1) не більше ρ макс =max ρ ik (i≠k). Тому М+М(М-1)ρ макс ≥0 та ρ макс ≥-1/(М-1).
Конфігурацію М векторів, в якій косинус кута між будь-якою парою векторів дорівнює -1/(М-1), називають правильним симплексом. Якщо ці вектори взяти як М сигналів, то отриманий детермінований ансамбль при рівноймовірності всіх s i (t) забезпечить мінімум повної ймовірності помилки P ош, що вирішує питання про оптимальний вибір М сигналів. При М>>1 виконується співвідношення -1/(М-1)≈0, і тому при великій кількості сигналів, що розрізняються, ортогональний ансамбль практично не програє симплексному у значенні P ош.
Послідовність виведення точного виразу для ймовірності помилки розрізнення М сигналів з довільними ρ ik така. Щільність ймовірності (ПВ) системи випадкових величин z 0, z 1, …, z M -1 є М-мірний нормальний закон, для завдання якого достатньо знати середні всіх z i та їх кореляційну матрицю. Для середніх за істинності гіпотези H l маємо . Кореляційний момент i-й і k-й кореляцій дорівнює N 0 Eρ ik /2. Після того як М-мірна ПВ знайдена, її М-кратний інтеграл області z l ≥z i , i=0, 1, …, M-1, дозволяє отримати ймовірність правильного рішення за умови істинності H l . Сума таких ймовірностей, поділена на М (з урахуванням рівноймовірності сигналів), буде повною ймовірністю правильного рішення P пр, пов'язаної з P ош очевидною рівністю P ош =1-P пр. Отримуваний таким чином М-кратний інтеграл у ряді важливих випадків вдається звести до одноразового. Так, для будь-яких рівнокорельованих (рівновіддалених) сигналів (ρ ik =ρ, i≠k)
У практичних розрахунках цей вислів використовують рідко через необхідність чисельного інтегрування. Корисна його оцінка зверху, висновку якої вважатимемо, що істинна гіпотеза H l . При цьому помилка відбувається завжди, коли істинно хоча б одна з подій z >z l , i≠l. Імовірність її P ош l , що дорівнює ймовірності об'єднання подій z i >z l , i≠l, за теоремою складання ймовірностей,
і через нерівність Буля не більше першої суми справа. Так як кожне доданок цієї суми є ймовірність переплутування двох сигналів, то для рівновіддалених сигналів
Тут - відношення сигнал/шум на виході фільтра, узгодженого з i (t) при гіпотезі H i , 
- ймовірність переплутування двох сигналів. При рівноймовірних сигналах (pi =1/M) приходимо до так званої адитивної межі повної ймовірності помилки
Використання цього виразу виправдовується, з одного боку, асимптотичним зближенням його правої частини та P ош у міру зростання вимог до якості розрізнення (P ош →0), а з іншого – тим, що, вибираючи необхідну енергію сигналів (мінімальне значення q) виходячи з правої частини висловлювання, розробник завжди діє з відомим перестрахуванням, гарантуючи утримання фактичної ймовірності помилки нижче цифри, прийнятої ним під час розрахунку.
4.2 Можливості помилок розрізнення M флуктуючих сигналів
Далеко не завжди спостерігач докладно апріорі обізнаний про сигнали, що розрізняються. Частіше йому заздалегідь не відомі не тільки номер присутнього в аналізованій реалізації сигналу, але і значення будь-яких параметрів (амплітуди, частоти, фази та ін.) кожного М можливих сигналів. Самі сигнали при цьому вже не детерміновані, оскільки параметри їх не задані; Відповідне завдання розрізнення називають розрізненням сигналів із невідомими параметрами.
Розглянемо розв'язання цього завдання з прикладу розрізнення сигналів з випадковими початковими фазами. Такі сигнали описуються моделлю
s i (t; φ) = Re (i (t) exp),
де f 0 - Відома центральна частота; φ – випадкова початкова фаза з апріорною ПВ W 0 (φ); (t) =S(t)e jγ (t) – комплексна огинаюча сигналу s(t), що є реалізацією s(t; φ) при φ=0: s(t)=s(t; 0); S(t) та γ(t) – відомі закони амплітудної та кутової модуляції. Застосування правила МП має передувати обчислення функції (функціоналу) правдоподібності (ФП) W(y(t)|H i), тобто. усереднення ФП W(y(t)|H i , φ), побудованої для детермінованих сигналів з фіксованою фазою φ за всіма її можливими значеннями з урахуванням апріорної ПВ W 0 (φ). При рівномірній ПВ фази W 0 (φ)=1/(2π), |φ|≤π, з урахуванням рівності енергій всіх сигналів, що розрізняються W(y(t)|H i) являє собою модифіковану функцію Бесселя нульового порядку:
де c – коефіцієнт, що містить співмножники, що не залежать від i, а 
- модуль кореляції комплексних обгинальних прийнятого коливання y(t) та i-го сигналу. Монотонність функції I 0 (·) на позитивній півосі дозволяє перейти до достатньої статистики Z i та записати правило МП у вигляді
Таким чином, оптимальний розрізняльник М сигналів рівної енергії з випадковими початковими фазами повинен обчислити всі М величин Z i і, якщо максимальної є Z k , прийняти рішення про присутність у y(t) k-го сигналу. Це означає, що що міститься в спостерігається коливанні y(t) вважається той сигнал, комплексна огинаюча якого має найбільшу за модулем кореляцію з комплексної огинаючої y(t).
Точні формули для ймовірностей помилок розрізнення М довільних сигналів досить громіздкі навіть за М=2, проте у додатках найчастіше зустрічаються ансамблі сигналів, ортогональних у посиленому значенні. Останнє означає, що будь-які два неспівпадаючі сигнали s i (t; φ i), s k (t; φ k) ортогональні при будь-яких значеннях початкових фаз:
∫s i (t; φ i) s k (t; φ k) dt=0 при будь-яких φ i , φ k та i≠k,
або, що еквівалентно, ортогональні детерміновані комплексні огинальні цих сигналів:
.
Умова ортогональності у посиленому сенсі жорсткіша за звичайну вимогу ортогональності, що фігурувала раніше у застосуванні до детермінованих сигналів. Так, два відрізки косінусоїди, зсунуті на кут ±π/2, будучи ортогональними у звичайному сенсі, не ортогональні при зміні зсуву фаз, тобто. у посиленому значенні. У той же час сигнали, що не перекриваються за часом або спектром, ортогональні і в посиленому сенсі.
Якщо звернутися спочатку до розрізнення двох сигналів, неважко зрозуміти, що протилежна пара, що мінімізує P ош у класі детермінованих сигналів, у завданнях, де початкові фази сигналів випадкові, неприйнятна. Справді, єдиною ознакою, яким відрізняються протилежні сигнали, є знак, тобто. присутність або відсутність у початковій фазі доданку π. Однак, коли перед надходженням на розрізнячий кожен із сигналів набуває випадкового фазового зсуву, спроби використовувати початкову фазу, як характерну ознаку сигналу, безглузді, і в відміннику від неінформативної величини φ доводиться позбавлятися. Таким чином, можна дійти висновку, що в класі М2 сигналів з випадковими фазами симплексні ансамблі оптимальними властивостями не володіють. Оптимальними ж виявляються саме ансамблі сигналів, ортогональних у посиленому сенсі: кожен з таких сигналів викликає відгук на виході тільки одного з фільтрів приймальної схеми, і тому переплутування i-го сигналу з k-м відбудеться лише в тому випадку, коли шуму, що огинає, на виході k -го узгодженого фільтра (СФ) матиме значення, що перевищує значення огинаючої суми сигналу з шумом на виході i-го УФ. Порушення умови ортогональності в посиленому значенні призведе до появи реакції на i-й сигнал на виході не тільки i-го, але й інших СФ, наприклад k-го, в результаті чого викид огинає на виході k-го СФ, більший значення Z i , стане вірогіднішим.
Щоб знайти можливість переплутування p 01 s 0 (t; φ) з s 1 (t; φ) при розрізненні двох сигналів, необхідно проінтегрувати спільну ПВ Z 0 , Z 1 при гіпотезі H 0 W(Z 0 , Z 1 |H 0) області Z 1 >Z 0 . Для ортогональних у посиленому сенсі сигналів величини Z 0 і Z 1 незалежні, тому W(Z 0 , Z 1 |H 0)=W(Z 0 |H 0)W(Z 1 |H 0). Одновимірні ПВ Z 0 і Z 1 відомі: при істинності H 0 Z 0 як загальна суми сигналу з шумом має узагальнену релеєвську ПВ; Z 1 як огинаюча тільки шуму є релеївською випадковою величиною. Перемноживши ці ПВ, після інтегрування отриманої ПВ W(Z 0 , Z 1 |H 0) і з урахуванням очевидної рівності p 01 =p 10 для ймовірності помилки розрізнення двох рівноймовірних ортогональних у посиленому сенсі сигналів з випадковими фазами одержимо
Повторення міркувань пункту 4.2. (для детермінованих сигналів) призводить до адитивного кордону
якою, як правило, і користуються для оцінки ймовірності помилки, якщо число рівноймовірних ортогональних у посиленому значенні сигналів М?2.
4.3 Розрахунок помилок розрізнення M сигналів з невідомими неенергетичними параметрами
Розглянемо задачу розрізнення "М" ортогональних сигналів з невідомим тимчасовим положенням в асинхронних системах зв'язку з кодовим поділом каналів. Рішення про наявність сигналу в каналі виноситься методом максимальної правдоподібності. Знайдемо можливість помилки розрізнення з урахуванням викидів шуму на інтервалі можливих тимчасових затримок сигналів.
Припустимо, що є «М» абонентів системи зв'язку, кожен із яких використовує свій сигнал. Найбільшу завадостійкість при передачі інформації в таких умовах забезпечують симплексні сигнали. При М>>1 завадостійкість такої системи сигналів практично збігається з завадостійкістю системи ортогональних сигналів, для яких
Тут E kf - Енергія сигналу f k . Умова ортогональності, яку можна назвати «ортогональністю в точці», практично вимагає системи єдиного часу в організацію синхронного зв'язку. В асинхронних системах використовуються ортогональні в посиленому сенсі сигнали, для яких при всіх значеннях k і m
Якщо R km (τ k , m)<0.25 – 0.3, то можно считать ансамбль сигналов практически удовлетворяющим условию ортогональности.
Розглянемо систему складних сигналів (f k (t)), k = 1 ... M ортогональну при довільному зрушенні. Серед складних сигналів вельми широке застосування отримали фазоманіпульовані (ФМ) сигнали з комплексного огинаючого виду
де a i – код послідовності, u 0 (t) – форма огинаючої елементарної посилки, Δ – її тривалість. У разі прямокутної форми огинаючої елементарної посилки автокореляційна функція (АКФ) має вигляд:
Тут R0(τ)=(1-|τ|/Δ). На околиці максимуму АКФ R(τ)= R 0 (τ)=(1-|τ|/Δ). На вході приймача після проходження багатопроменевого каналу корисний сигнал може бути записаний як
δ n – відносна затримка сигналу променя з номером n, τ – невідомий час приходу, що знаходиться всередині інтервалу . ε n =A n /A 0 – відносна амплітуда «n»-го променя, параметр ν має значення додаткових променів поширення. Відносні затримки n > , тобто. промені поділяються під час обробки складного сигналу. При ==0 сигнал має вигляд s(t)=A 0 f(t-τ 0).
Розглянемо алгоритм обробки. На вхід приймача надходить суміш
x(t)=k (t-τ 0k)+η(t), (t),
де s k (t) – один із можливих сигналів, k=1…M, τ 0 k – тимчасова затримка сигналу, η(t) – білий гаусівський шум із нульовим середнім значенням та спектральною щільністю потужності N 0 /2. Необхідно винести рішення, який із M можливих сигналів присутній на вході приймача. Розглянемо приймач без компенсації багатопроменя. Лінійна частина такого приймача містить М каналів, у яких формуються статистики виду
Вираз для L k (τ k) можна переписати в зручнішому для аналізу вигляді
Тут і наступних формулах індекс k для стислості опускається, якщо досліджуються характеристики одного каналу, z 0 2 =2A 0 2 E f /N 0 – енергетичне відношення сигнал/шум, S(τ-τ 0)=∫f(t-τ ) f(t-τ 0)dt/E f – нормована сигнальна функція, N(τ)=∫n(t)f(t-τ)dt – нормована шумова функція з нульовим середнім значенням, одиничною дисперсією та кореляційною функцією
Відповідно до алгоритму максимальної правдоподібності рішення на користь сигналу з номером m виноситься, якщо supL m (τ m)≥supL k (τ k). Для знаходження ймовірностей правильних і неправильних рішень за цим правилом необхідно обчислити розподіл абсолютних максимумів процесів L(τ) на інтервалі [Т1, Т2].
Розглянемо методику розрахунку ймовірності помилки розрізнення M сигналів з невідомими параметрами при однопроменевому поширенні сигналів (або схемою оптимального складання сигналів). Позначимо через H k =supL k (τ k) – величину абсолютного максимуму статистики на виході k каналу приймача. Спільне розподіл випадкових величин (H 1 ,H 2 ,..H M ) запишемо як w(u 1 ,u 2 ,..u M). Умова ортогональності сигналів f k (t) у статистичному сенсі означає незалежність випадкових величин H k , k=1..M. Тоді ймовірність правильного рішення щодо алгоритму максимальної правдоподібності можна записати
Якщо зважити на умову ортогональності системи сигналів (s k (t)), то
Припустимо, що система сигналів (s k (t)) має однакову енергію, тобто z0 m = z0 k = z0. Тоді формули для H m і H k можна переписати як
Функція розподілу абсолютного максимуму h k реалізації гаусівського процесу з кореляційною функцією R(τ) може бути апроксимована формулою
ξ=(T 2 -T 1)/Δ – наведена довжина апріорного інтервалу [Т 1 ,Т 2 ], що має сенс числа дозволу ФМ сигналів на цьому інтервалі. Апроксимація асимптотично точна при ξ→∞, u→∞. При кінцевих значеннях ξ та u можна використовувати більш точну апроксимацію
Інтеграл імовірності. При ξ>>1 та z 0 >>1 функція розподілу абсолютного максимуму h m може бути записана як F m (u)=F s (u)F N (u) ≈Φ(u-z 0)F N (u). Підставляючи вирази F N (u) та F m (u) у співвідношення для P прав, отримуємо після відповідних перетворень
Перший доданок відповідає апріорній ймовірності правильного рішення для рівноважних M подій. Друге доданок визначає зміни ймовірності з допомогою прийняття рішення. При z 0 →∞ інтеграл у вираженні P прав прагне 1 і, відповідно, P прав →1.
Повна ймовірність помилки розрізнення сигналів М з невідомими параметрами дорівнює
З формул видно, що зі збільшенням числа сигналів, що розрізняються, ймовірність помилки прийняття рішення P e (z 0) збільшується. Зі збільшенням апріорного інтервалу тимчасових затримок сигналів ξ ймовірність помилки розрізнення P e (z 0) значно зростає.
4.4 Порівняння синхронних та асинхронних систем зв'язку
Як правило, при розгляді продуктивності приймача або демодулятора передбачається наявність певного рівня синхронізації сигналу. Наприклад, при когерентної фазової демодуляції (схема PSK) передбачається, що приймач може генерувати опорні сигнали, фаза яких ідентична (можливо, з точністю до постійного зміщення) фази сигнального елемента алфавіту передавача. Потім у процесі прийняття рішення щодо значення прийнятого символу (за принципом максимальної правдоподібності) опорні сигнали порівнюються з вступниками.
При генерації подібних опорних сигналів приймач повинен бути синхронізований з несучою. Це означає, що фаза несучої та її копії в приймачі повинні узгоджуватися. Іншими словами, якщо в несучій, що надходить, не закодована інформація, що надходить несуча і її копія в приймачі будуть проходити через нуль одночасно. Цей процес називається фазовим автопідстроюванням частоти (це – умова, яку слід задовольнити максимально близько, якщо в приймачі ми хочемо точно демодулювати когерентно модульовані сигнали). В результаті фазової автопідстроювання частоти місцевий гетеродин приймача синхронізується за частотою та фазою з прийнятим сигналом. Якщо сигнал-носій інформації модулює безпосередньо не несучу, а піднесучу, потрібно визначити як фазу несучої, так і фазу піднесучої. Якщо передавач не виконує фазової синхронізації несучої та піднесучої (зазвичай так і буває), від приймача потрібно генерація копії піднесучої, причому управління фазою копії піднесучої проводиться окремо від управління фазою копії несучої. Це дозволяє приймачеві отримувати фазову синхронізацію як за несучою, так і піднесучою.
Крім того, передбачається, що приймач точно знає, де починається символ, що надходить, і де він закінчується. Ця інформація потрібна, щоб знати відповідний проміжок інтегрування символу – інтервал інтегрування енергії перед прийняттям рішення щодо значення символу. Очевидно, якщо приймач інтегрує за інтервалом невідповідної довжини або за інтервалом, що захоплює два символи, здатність до прийняття точного рішення буде знижуватися.
Можна бачити, що символьну та фазову синхронізації поєднує те, що обидві включають створення в приймачі копії частини відданого сигналу. Для фазової синхронізації це буде точна копія несучої. Для символьної – це меандр з переходом через нуль одночасно з переходом сигналу, що надходить між символами. Кажуть, що приймач, здатний це зробити, має символьну синхронізацію. Оскільки на один період передачі символу зазвичай припадає дуже велике число періодів несучої, цей другий рівень синхронізації значно грубіше фазової синхронізації і зазвичай виконується за допомогою іншої схеми, відмінної від використовуваної фазової синхронізації.
Багато системах зв'язку потрібно ще вищий рівень синхронізації, який зазвичай називається кадрової синхронізацією. p align="justify"> Кадрова синхронізація потрібна, коли інформація поставляється блоками, або повідомленнями, що містять фіксоване число символів. Це відбувається, наприклад, при використанні блокового коду для реалізації схеми прямого захисту від помилок або якщо канал зв'язку має тимчасовий поділ і використовується декількома користувачами (технологія TDMA). При блочному кодуванні декодер повинен знати розташування меж між кодовими словами, що необхідно для правильного декодування повідомлення. При використанні каналу з тимчасовим поділом потрібно знати розташування кордонів між користувачами каналу, що необхідно для правильного спрямування інформації. Подібно до символьної синхронізації, кадрова рівнозначна можливості генерації меандра на швидкості передачі кадрів з нульовими переходами, що збігаються з переходами від одного кадру до іншого.
Більшість систем цифрового зв'язку, що використовують когерентну модуляцію, вимагають всіх трьох рівнів синхронізації: фазової, символьної та кадрової. Системи з некогерентною модуляцією зазвичай вимагають лише символьної та кадрової синхронізації; оскільки модуляція є некогерентною, точну синхронізацію фази не потрібно. Крім того, некогерентним системам потрібна частотна синхронізація. Частотна синхронізація відрізняється від фазової тим, що копія несучої, що генерується приймачем, може мати довільні зрушення фази від прийнятої несучої. Структуру приймача можна спростити, якщо не пред'являти вимогу щодо визначення точного значення фази несучої. На жаль, це спрощення спричиняє погіршення залежності достовірності передачі від відношення сигнал/шум.
До цього моменту в центрі обговорення знаходилася приймаюча частина каналу зв'язку. Однак іноді передавач відіграє більш активну роль у синхронізації – він змінює звіт часу та частоту своїх передач, щоб відповідати очікуванням приймача. Прикладом є супутникова мережа зв'язку, де безліч наземних терміналів направляють сигнали на єдиний супутниковий приймач. У більшості подібних випадків передавач визначення точності синхронізації використовує зворотний канал зв'язку від приймача. Отже, для успіху синхронізації передавача часто потрібний двосторонній зв'язок або мережа. Тому синхронізація передавача часто називається мережевою.
Необхідність синхронізації приймача пов'язана із певними витратами. Кожен додатковий рівень синхронізації має на увазі велику вартість системи. Найбільш очевидне вкладення грошей - необхідність додаткового програмного або апаратного забезпечення для приймача, що забезпечує отримання і підтримку синхронізації. Крім того, менш очевидно, іноді ми платимо часом, витраченим на синхронізацію до початку зв'язку, або енергією, необхідною для передачі сигналів, які будуть використовуватися в приймачі для отримання та підтримки синхронізації. В даному випадку може виникнути питання, чому розробник системи зв'язку взагалі повинен розглядати проект системи, що вимагає високого рівня синхронізації. Відповідь: покращена продуктивність та універсальність.
Розглянемо звичайне комерційне аналогове АМ-радіо, яке може бути важливою частиною системи широкомовного зв'язку, що включає центральний передавач та безліч приймачів. Ця система зв'язку не синхронізована. У той же час смуга пропускання приймача повинна бути достатньо широкою, щоб включати не тільки інформаційний сигнал, але й будь-які несучі флуктуації, що виникають внаслідок ефекту Доплера або дрейфу опорної частоти передавача. Ця вимога до смуги пропускання передавача означає, що на детектор надходить додаткова енергія шуму, що перевищує енергію, яка потрібна теоретично для передачі інформації. Дещо складніші приймачі, що містять систему стеження за частотою несучої, можуть включати вузький смуговий фільтр, центрований на несучій, що дозволить значно знизити шумову енергію і збільшити прийняте відношення сигнал/шум. Отже, хоча звичайні радіоприймачі цілком підходять прийому сигналів від великих передавачів з відривом кілька десятків кілометрів, можуть виявитися недієздатними за менш якісних умовах.
Для цифрового зв'язку компроміси між продуктивністю та складністю приймача часто розглядаються при виборі модуляції. До найпростіших цифрових приймачів входять приймачі, розроблені для використання з бінарною схемою FSK з некогерентним виявленням. Єдина вимога – бітова синхронізація та супровід частоти. Втім, якщо як модуляцію вибрати когерентну схему BPSK, то можна отримати ту ж ймовірність бітової помилки, але при меншому відношенні сигнал/шум (приблизно на 4 дБ). Недоліком модуляції BPSK є те, що приймач вимагає точного відстеження фази, що може представляти складну конструктивну проблему, якщо сигнали мають високі доплерівські швидкості або для них характерне завмирання.
Ще один компроміс між ціною та продуктивністю зачіпає кодування з корекцією помилок. При використанні відповідних методів захисту від помилок можливе значне покращення продуктивності. У той самий час ціна, виражена у складності приймача, то, можливо висока. Для належної роботи блокового декодера потрібно, щоб приймач досягав блокової синхронізації, кадрової або синхронізації повідомлень. Ця процедура є доповненням до звичайної процедури декодування, хоча є певні коди корекції помилок, що мають вбудовану блокову синхронізацію. Згорткові коди також вимагають деякої додаткової синхронізації для отримання оптимальної продуктивності. Хоча при аналізі продуктивності згорткових кодів часто робиться припущення про нескінченну довжину вхідної послідовності, на практиці це не так. Тому для забезпечення мінімальної ймовірності помилки декодер повинен знати початковий стан (зазвичай усі нулі), з якого починається інформаційна послідовність, кінцевий стан та час досягнення кінцевого стану. Знання моменту закінчення початкового стану та досягнення кінцевого стану еквівалентно наявності кадрової синхронізації. Крім того, декодер повинен знати, як згрупувати символи каналу для прийняття рішення під час розгалуження. Ця вимога також відноситься до синхронізації.
Наведене вище обговорення компромісів велося з погляду співвідношення між продуктивністю і складністю окремих каналів і приймачів. Слід зазначити, що здатність синхронізувати також має значні потенційні наслідки, пов'язані з ефективністю та універсальністю системи. Кадрова синхронізація дозволяє використовувати передові, універсальні методи множинного доступу, подібні до схем множинного доступу з наданням каналів на вимогу (DAMA). Крім того, використання методів розширення спектру – як схем множинного доступу, так і схем придушення інтерференції – потребує високого рівня синхронізації системи. Ці технології пропонують можливість створення вельми різнобічних систем, що є дуже важливою властивістю при зміні системи або впливу навмисних або ненавмисних перешкод від різних зовнішніх джерел.
Висновок
У першому розділі моєї роботи описані принципи побудови бездротових телекомунікаційних систем зв'язку: наведено схему побудови системи стільникового зв'язку, вказано методи поділу абонентів у стільниковому зв'язку та відзначено переваги (конфіденційність та завадостійкість) кодового поділу порівняно з тимчасовим та частотним, а також розглянуто поширені стандарти бездротової зв'язку DECT, Bluetooth та Wi-Fi (802.11, 802.16).
Далі розглянуто кореляційні та спектральні властивості сигналів і, для прикладу, наведено розрахунки спектрів деяких сигналів (прямокутного імпульсу, гаусівського дзвону, згладженого імпульсу) та автокореляційних функцій поширених у цифровому зв'язку сигналів Баркера та функцій Уолша, а також зазначені типи складних сигналів.
У третьому розділі наведено методи модуляції складних сигналів: методи фазової маніпуляції, модуляція з мінімальним частотним зрушенням (один із методів модуляції з безперервною фазою), квадратурна амплітудна модуляція; та зазначено їх переваги та недоліки.
Остання частина роботи містить розгляд ймовірностей помилок розрізнення М відомих і М флуктуючих сигналів на тлі перешкод, а також алгоритм розрахунку помилок розрізнення М ортогональних сигналів з невідомим часовим становищем в асинхронних системах зв'язку з кодовим поділом.
Список літератури:
1. Ратинський М.В. Основи стільникового зв'язку / За ред. Д. Б. Зіміна - М.: Радіо і зв'язок, 1998. - 248 с.
2. Скляр Б. Цифровий зв'язок. Теоретичні основи та практичне застосування, 2-е видання.: Пер. з англ. - М.: Видавничий дім "Вільямс", 2003. - 1104 с.
3. Шахнович І. Сучасні технології бездротового зв'язку. Москва: Техносфера, 2004. - 168 с.
4. Баскаков С.І. Радіотехнічні ланцюги та сигнали: Навч. для вузів за спец. "Радіотехніка". - 3-тє вид., Перероб. та дод. - М.: Вищ. шк., 2000. - 462 с.
5. Шумоподібні сигнали у системах передачі інформації. За ред. проф. В.Б. Пестрякова. М., «Рад. радіо», 1973. - 424 с.
6. Варакін Л.Є. Системи зв'язку із шумоподібними сигналами. - М.: Радіо і зв'язок, 1985. - 384 с.
7. Вишневський В.М., Ляхов А.І., Портний С.Л., Шахнович І.В. Широкополосні бездротові мережі передачі інформації. Москва: Техносфера, 2005. - 592 с.
8. Радченко Ю.С., Радченко Т.О. Ефективність кодового поділу сигналів із невідомим часом приходу. Праці 5 міжнар. конф. "Радіолокація, навігація, зв'язок" - RLNC-99, Воронеж, 1999, т.1, с. 507-514.
9. Радіотехнічні системи: Навч. для вузів за спец. «Радіотехніка»/Ю.П. Гришин, В.П. Іпатов, Ю.М. Казарінов та ін; За ред. Ю.М. Казарінова. - М.: Вищ. шк., 1990. - 469 с.
