5. Методи розділу каналів fdma, tdma, cdma.

Понятие множественного доступа (английский эквивалент multiple access) связано с организацией совместного использова­ния ограниченного участка спектра многими пользователями. В ортодоксальных подходах выделяется пять вариантов множественного доступа:

1. Множественный доступ с частотным разделением каналов связи.

2. Множественный доступ с временным разделением каналов связи.

3. Множественный доступ с кодовым разделением каналов связи.

4. Множественный доступ с пространственным разделением каналов связи.

5. Множественный доступ с поляризационным разделением каналов связи.

Практический интерес для сотовой связи представляют пер­вые три из них. Четвертый метод фактически используется в реализа­ции принципа повторного использования частот, в частности при делении ячейки на сектора с использованием направленных ан­тенн, но обычно этот прием не преподносится как один из методов множественного доступа. Случаев практического применения по­ляризационного разделения не известно.

Множественный доступ с частотным разделением

Множественный доступ с частотным разделением (англий­ское FDMA - Frequency Division Multiple Access), или множествен­ный доступ с разделением каналов связи по частоте, - наиболее простой из трех методов множественного доступа как по своей идее, так и по возможности реализации. В этом методе каждому пользователю на время сеанса связи выделяется своя полоса час­тот ∆f (частотный канал), которой он владеет безраздельно.

Метод FDMA широко используется как в традиционных аналоговых системах подвиж­ной связи, так и в цифровых системах 2-го поколения, как правило, в сочетании с другими методами. Это единственный метод, который целесообразно использовать в аналоговых систе­мах, при этом полоса ∆f составляет 10...30 кГц. Подобный подход имеет ряд преимуществ. Вся информация передается в реальном времени. Удобно частотное разделение и с точки зрения организации связи. Основной не­достаток FDMA - низкая пропускная способность при обслуживании большого числа або­нентов с малой активностью, недостаточно эффективное использование полосы частот.

Множественный доступ с временным разделением

Множественный доступ с временным разделением (англий­ское TDMA - Time Division Multiple Access), или множественный до­ступ с разделением каналов связи по времени. Технология TDMA используется в большинстве систем 2-го поколения: GSM, TDMA (IS-136), PDC, DECT, TETRA и др. Суть метода TDMA заключается в том, что каждый частотный канал разделяется во времени между несколькими пользователями, т.е. частотный канал по очереди предоставляется нескольким пользо­вателям на определенные промежутки времени. Это соответствует возможности реализации нескольких фи­зических каналов в одном частотном. В качест­ве примера - GSM спектр шириной 200 кГц нарезается на 8 канальных интервалов (слотов), а в полосе 30 кГц (TDMA) организуется 3 канальных интервала.

С точки зрения абонента трафик носит пульсирующий характер. Чем больше абонентов, тем реже каждому из них предоставляется возможность передавать свои данные. Чтобы по­высить пропускную способность, временное разделение, как правило, используется совме­стно с частотным разделением.

Практическая реализация метода TDMA требует преобразо­вания сигналов в цифровую форму и характерного «сжатия» ин­формации во времени.

Разделение во времени может использоваться и для реализации прямых и обратных каналов дуплексной связи в одной и той же по­лосе частот (английское TDD - Time Division Duplex). Такое техни­ческое решение находит применение в беспроводном телефоне. В сотовой связи обычно используется дуплексное разделение по частоте (английское FDD - Frequency Division Duplex), т.е. прямые и обратные каналы занимают разные полосы частот, смещенные одна относительно другой.

Множественный доступ с кодовым разделением.

Множественный доступ с кодовым разделением (английское CDMA - Code Division Multiple Access). Метод CDMA достаточно сложен, и не только в отношении принципов построения, но и в плане практиче­ской реализации. Как и TDMA, метод CDMA может быть реализо­ван только в цифровой форме.

Достоинства CDMA - скрытность и высокая помехоустойчивость. Основная особенность метода CDMA - это работа в широкой полосе частот, значительно превышающей полосу сигнала речи, в сочетании с таким кодиро­ванием информации каждого из физических каналов, которое по­зволяет выделять ее из общей широкой полосы, используемой од­новременно всеми физическими каналами. Система связи, реали­зующая CDMA, является системой с расширенным спектром (анг­лийское spread spectrum) - спектр информационного сообщения искусственно расширяется посредством модуляции (кодирования) периодической псевдослучайной последовательностью импульсов с достаточно малым дискретом (другой вариант расширения спектра - скачки по частоте (frequency hopping).

Расширение спектра обеспечивается за счет моду­ляции сигнала псевдослучайной последовательностью с частотой следования дискретов (английский термин chip – буквально щепка, осколок, фрагмент) 1,23 МГц. Для модуляции сигнала использует­ся три вида функций: «короткая» и «длинная» псевдослучайные по­следовательности и функции Уолша (Walsh functions) порядков от 0 до 63. Последние широко используются в цифровой обработке сигналов и являются в некотором смысле дискретным аналогом синусоид (косинусоид) кратных частот. Длина короткой псевдослучайной кодовой последователь­ности составляет 2¹⁵-1 = 32767 знаков, длинной псевдослучайной последовательности - 2⁴²-1 = 4,4 х10¹² знаков. Длительность дис­крета для всех трех модулирующих функций одинакова (для функ­ций Уолша имеется в виду дискрет функций высшего порядка) и соответствует частоте следования дискретов 1,2288 МГц.

Конкретное назначение функций Уолша различных по­рядков: функция Уолша нулевого порядка (W₀) кодирует пилот-сиг­нал - это сигнал несущей, который используется подвижной стан­цией для выбора рабочей ячейки (по наиболее мощному сигналу), а также в качестве опорного для синхронного детектирования сиг­налов информационных каналов; функция W₃₂ кодирует канал син­хронизации, по которому передается также ряд служебных сооб­щений; функции W₁…W₇ используются для кодирования каналов вызова - их число может составлять от 0 до 7; остальные функции Уолша, вместе с оставшимися от каналов вызова (если число пос­ледних меньше семи), используются для кодирования каналов тра­фика, и число последних может составлять от 55 до 62. Для защи­ты информации от ошибок в прямом канале используется сверточное кодирование с длиной ограничения 9 и скоростью 1/2, а также перемежение на интервале 20 мс.

. Основные преимущества кодового разделения таковы:

• беспороговость множественного доступа и возможность существенного увеличения числа индивидуальных сигналов в групповом сигнале вследствие плавного уменьшения соотношения сигнал/помеха с возрастанием их количества, причем их помехоустойчивость тем выше, чем шире полоса сигналов;

• высокая помехоустойчивость в условиях помех от соседних радиотелефонных станций и интерференционных замираний при многолучевом распространении сигналов, обусловленная раздельным приёмом и сложением отдельных сигналов;

• возможность “мягкой” эстафетной передачи мобильных абонентов другому базовой станции без переключения каналов;

• значительная секретность индивидуальных каналов, то есть практически отсутствие возможности их выявления и измерения параметров сигнала;

• гарантированная конфиденциальность передаваемой информации вследствие использования кодированных псевдослучайных шумоподобных сигналов изменяемых по наперёд заданной программе (их возможное количество превышает 4• 10¹²);

• высокая точность радиолокализации подвижного объекта, что позволяет надёжные навигационные системы, в частности передавать их сотовым радиотелефонам.