46.Сигналы с расширенным спектором

. Сигнал с расширенным спектром используется только в системе стандарта IS-95. Заштрихованная фигура здесь изображает форму спектральной плотности мощности радиосигнала одного канала передачи. Передача информации по двум каналам осуществляется одновременно. В первых двух стандартах спектры разных каналов не перекрываются и используется частотное разделение каналов при приеме (МДЧР или FDMA); радиосигналы системы стандарта IS-95 передаются в одной и той же полосе частот, но их форма различна; в приемнике это различие используется для разделения каналов (МДКР или CDMA). Следует обратить внимание еще на одно свойство сигналов с расширенным спектром, которое иллюстрируется рис. 3.29, поскольку ширина спектра радиосигнала одного канала при кодовом разделении значительно больше ширины спектра сигналов при частотном разделении каналов, то при одинаковой излучаемой мощности этих радиосигналов спектральная плотность мощности сигнала IS-95 оказывается намного меньше. СУРЕТ Перечислим некоторые свойства сигналов с прямым расширением спектра, наиболее важные с точки зрения организации множественного доступа в системах связи с подвижными объектами.

 Кодирование формы сигнала и источника сигнала

Исторически сложилось два направления кодирования речи: кодирование формы сигнала (Waveform coding) икодирование источника сигнала (Source coding).

Методы кодирования формы сигнала основаны на статистических свойствах сигнала и могут не иметь ограничения на механизм образования сигнала. Кодеры этого типа обеспечивают высокое качество передаваемой речи (разборчивость и натуральность), но они отличаются меньшей экономичностью в смысле занимаемой полосы частот или скорости передачи. Используют три основных способа кодирования:

Импульсно-кодовая модуляция - ИКМ (PCM)$

Дифференциальная ИКМ - ДИКМ (DPCM);

Дельта-модуляция - ДМ (DM).

ИКМ соответствует цифровой сигнал непосредственно с выхода АЦП, в нем сохраняется вся избыточность аналогового речевого сигнала. При ДИКМ эта избыточность уменьшается за счет того, что квантованию при передаче с последующим кодированием подвергается не уровень сигнала, а разность между исходным речевым сигналом и его предсказанным значением, а на приеме разностный сигнал складывается с предсказанным значением, полученным по тому же алгоритму предсказания. Шаг квантования может адаптивно меняться в соответствии с уровнем сигнала в разновидности квантования АДИКМ. При ДМ сигнал квантуется на каждом шаге однобитовым приращением и передается лишь знак приращения, т.е. сигнал как бы заменяется ступеньчатой функцией с приращениями одинаковой величины, но разного знака.

В сотовой связи используются более экономные методы кодирования источника сигнала, позволяющие сжимать речь в 5-8 и более раз.

Метод кодирования источника сигнала (кодирование параметров сигнала) первоначально использовал имитацию голосового тракта человека, т.е. использовалась система типа анализ-синтез. Такие устройства получили названиевокодер (vocoder - voice coder). Даже ранние модели позволяли получать значительное снижение скорости передачи речи, однако, речь имела характерный «синтетический» звук. С появлением (в 60-х годах) методов линейного предсказания (ЛП) вокодерные системы получили широкое развитие в сотовой связи.

 Кодирование речи в стандарте GSM

Обработка речи в стандарте GSM осуществляется в рамках принятого режима прерывистой передачи (DTX - Discontinuous Transmission), которая обеспечивает включение передатчика только во время самого разговора. Система DTX управляется детектором активности речи (VAD - Voice Activity Detection), который обеспечивает обнаружение и выделение интервалов речи с шумом и шум без речи даже в тех случаях, когда уровень шума соизмерим с уровнем сигнала речи. В состав системы DTX также входит устройство формирования комфортного шума, который включается в паузах речи. В системе DTX происходит также экстраполяция фрагментов речи, утерянных из-за помех в канале. Структурная схема обработки речи в стандарте GSM приведена на рис. 2.

Основным устройством в данной схеме является речевой кодек. В соответствии со стандартом GSM каждый радиоканал используется для организации 8 цифровых каналов с временным разделением. Следовательно, если бы это были стандартные ИКМ каналы, то потребовалась бы скорость передачи 64 х 8 = 512 кбит/с. Такую скорость передачи пользовательской информации по одному частотному радиоканалу обеспечить практически невозможно. В качестве выхода из положения используются методы уплотнения передаваемой информации и применение сложных методов кодирования, уменьшающих избыточность, а значит и требующих меньшие скорости передачи. При этом, как правило, используются методы фазовой модуляции (манипуляции). В системе GSM используется гауссовская фазовая манипуляции несущей частоты радиосигнала с минимальным сдвигом (GMSK - Gaussian Minimum Shift Keying) с индексом манипуляции, равным 0,3.

63. Системы персонального радиовызова.В современных условиях возрастают потребности в обмене разнообразной информации, в том числе, и между подвижными объектами. Системы радиосвязи, в которых оборудование одного или нескольких участников связи размещается на подвижных объектах (автомобилях, кораблях, самолетах, переносные и портативные конструкции), называются системами подвижной (мобильной) радиосвязи. В зависимости от характера предоставляемых такими системами услуг на современном этапе можно выделить следующие основные виды подвижной связи:

системы персонального радиовызова (Paging Systems);

профессиональные системы подвижной радиосвязи (Professional Mobile Radio);

системы сотовой подвижной радиосвязи (Cellular Radio System);

системы беспроводных телефонов (Cordless Telephony).

Системы персонального радиовызова (пейджинговые системы радиосвязи) предназначены для оперативной передачи подвижному абоненту, находящемуся в зоне действия системы связи, ограниченного по объему сообщения. Так как в пейджинговой системе не предусмотрена двухсторонняя связь, то требуется меньше затрат на организацию самой связи, за счет увеличения мощности центральной передающей станции можно снизить требования к мобильному приемнику: уменьшить чувствительность приемника, его энергопотребление, вес, габариты и т.д.Системы персонального радиовызова строятся, в основном, для обслуживания значительных территорий. В то же время имеется немало систем ограниченного применения, например, для внутрипроизводственной связи внутри одного здания или в границах группы строений.В самом общем виде система персонального радиовызова представляет собой набор портативных приемников подвижных абонентов и общий радиопередающий центр, обеспечивающий подготовку и излучение адресной информации. Система персонального радиовызова работает следующим образом.Для сбора и формирования передаваемых сообщений радиопередающий центр содержит систему сбора информации и пейджерный терминал. В систему сбора информации могут поступать сообщения в различном формате: по телефонной сети общего пользования, по компьютерным сетям и т.д. Эти сообщения обрабатываются операторами или службами автоматической обработки (для сообщений, поступающих по цифровым каналам) и подаются на пейджинговый терминал. Пейджинговый терминал осуществляет основную обработку поступивших сообщений в соответствии с используемым протоколом. Коды каждого сообщения заносятся в буферную память и ставятся в очередь к ранее поступившим сообщениям. Каждому сообщению присваивается определенный адрес. Затем эти сообщения пакетами (группами) с определенной периодичностью излучаются в пределах зоны обслуживания сети. Для этого с помощью передатчиков сигналы пейджерного терминала модулируют несущую частоту (обычно в диапазонах метровых или дециметровых волн), в течение короткого времени излучаемую в пространство.

 

52)СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СИСТЕМЫ сотовой СВЯЗИ.Система связи - это совокупность технических средств и среды распространения сигналов, обеспечивающих передачу сообщений от источника к потребителю. Покажем на рисунке 1 структурную схему системы связи.Рассмотрим краткий принцип функционирования структурной схемы системы связи, взаимодействие блоков:АЦП - аналого-цифровой преобразователь, в котором выполняются операции дискретизации и квантования по уровню, с последующим представлением квантованных значений в кодовую последовательность двоичных символов.В цифро-аналоговом преобразователе (ЦАП) производится операция преобразования цифрового в аналоговый сигнал, когда в соответствие двоичной последовательности определенной длины ставится дискретный отсчет аналогового сигнала.Статистический кодек, на стороне передатчика устраняет избыточность источника, на стороне приемника осуществляет обратное преобразование. В данной схеме у каждого источника информации свой статистический кодек.Мультиплексор объединяет потоки данных от разных источников для передачи в одном направлении.Демультиплексор осуществляет обратную операцию мультиплексированию.Помехозащитный кодек повышает верность приема, на стороне передатчика вводит избыточность, на стороне приемника устраняет ошибки детектирования.Модулятор управляет высокочастотным сигналом в зависимости от низкочастотного входящего сигнала.Демодулятор выполняет обратную операцию - получение низкочастотного управляющего сигнала.