ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ

ЛЕКЦИЯ №4 СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЦИФРОВОЙ СИСТЕМЫ СВЯЗИ. КИ, КК, М

ЛИТЕРАТУРА

1. Маковеева М.М., Шинаков Ю.С. Системы связи с подвижными объектами. М.:Горячая линия- Телеком, 2002.

2. Григорьев В.А., Лагутенко О.И., Распаев Ю.А. Сети и системы радиодоступа.М.:Экотрендз, 2005.

3. Богомолов С.И. Введение в системы радиосвязи и радиодоступа. Учебное пособие, Томск «Эль Контент» 2012.

4. Лохвицкий М.С., Сорокин А.С., Шорин О.А. Мобильная связь: стандарты, структуры, алгоритмы, планирование. – М.:Горячая линия-Телеком, 2018.

5. Феер К. Беспроводная цифровая связь Методы модуляции и расширения спектра. Москва, Радио и связь, 2000.

МОДЕЛЬ ФИЗИЧЕСКОГО УРОВНЯ СИСТЕМЫ РАДИОДОСТУПА

СС-система связи; ПС- получатель

сообщений; АС- абонентская станция; БС- базовая станция

ИС- источник сообщений; КИ-кодер источника; КК-кодер канала; М- модулятор; УФС- устройство формирования сигнала; УОС – устройство обработки сигнала; ДМ – демодулятор; ДКК – декодер канала; ДКИ – декодер источника

МОДЕЛЬ ФИЗИЧЕСКОГО УРОВНЯ СИСТЕМЫ РАДИОДОСТУПА (КИ)

Важно отметить, в каком виде представляется информация!

К примеру, Коды Хаффмана применяются если источник информации например, это текстовое сообщение, в случае если источник сообщения звук (голос), то производят Аналого-цифровое преобразование (АЦП) – преобразование непрерывной (аналоговой) электрической величины в двоичный цифровой код. В свою очередь, преобразование отсчетов непрерывного сигнала в двоичный код называется ИКМ-импульсно-кодовой модуляцией. При таком преобразовании звука происходит аппроксимация формы звуковой волны, т.е. кодирование формы сигнала.

Для звуковых сигналов код Хаффмана используется как метод компрессии, после ИКМ, который учитывает статистику ЗС (звуковой сигнал) например, вероятность появления уровней ЗС разной величины.

В данном случае наиболее вероятному значению отсчета сигнала присваивают более короткие кодовые слова, а значениям отсчетов , вероятность появления которых мала, кодируются кодовыми словами большей длинны.

МОДЕЛЬ ФИЗИЧЕСКОГО УРОВНЯ СИСТЕМЫ РАДИОДОСТУПА (КИ)

Алгоритм кодированя Хаффмана представляет

собой выявление частоты повтора каждого встречающегося символа. Получается чем чащ

встречается тот или иной символ, тем меньши количеством битов он кодируется

(соответственно, чем реже встречается симво тем длиннее его кодовая битовая последовательность)

МОДЕЛЬ ФИЗИЧЕСКОГО УРОВНЯ СИСТЕМЫ РАДИОДОСТУПА (КИ)

Преобразование аналогового сигнала U(t) в цифровой Uц(t) осуществляется в два этапа: 1. Дискретизация по времени, когда

формируются отсчеты U(t i), i=…,-1,0,+1,.. аналогового сигнала в дискретные моменты времени t i – ti-1= ∆t.

2. На втором этапе – квантование по уровню каждого отсчета в результате которого непрерывная случайная величина U(t i), преобразуется в дискретную случайную величину Uд(t i), с конечным числом

возможных значений uдк, к=1,2,…N и

распределением вероятностей: du Где - уровни квантования, =( + )/2 – выходные уровни, - шаг квантования

МОДЕЛЬ ФИЗИЧЕСКОГО УРОВНЯ СИСТЕМЫ РАДИОДОСТУПА (КИ)

Итак АЦП- это двойное преобразование, первое дискретизация по времени и квантование по уровню. Возможность перевода сигнала в цифровую форму осуществляется благодаря теореме Котельникова: сигнал может быть полностью восстановлен по последовательности своих отсчетов, взятых с частотой дискретизации fd ≥ 2f max , где f max – максимальная частота в спектре исходного (1):

АЦП имеет ограниченную точность (разрядность), в примере разрядность равна n= 8 следовательно N= 64 уровня. Диапазон АЦП от -5В до +5В , 10/64=0,15625 В – разнос между уровнями. +1 В - 48 уровень будет закодирован 110000 (1*2^5+1*2^4+0*2^3+0*2^2+0*2^1+0*2^0). Характеристики кодеров ИКМ измеряют ОСШК – отношение сигнал/шум квантования Рс/Рш.кв., т.к квантование является основным источником искажения формы сигнала

Отношение сигнал-шум квантователя (ОСШК, дб) равно: ОСШК=10 lg (/ )

МОДЕЛЬ ФИЗИЧЕСКОГО УРОВНЯ СИСТЕМЫ РАДИОДОСТУПА (КИ)

1. Равномерное квантование – если шаг квантования не зависит от его номера к . При равномерном квантовании происходит замена аналоговой случайной величины U(t i) дискретной случайной величиной Uд(t i) с ошибкой квантования

Для квантования по правилу распределения вероятностей du, ошибка квантования принимает значения от -/2 до + /2 и является непрерывной случайной величиной для которой обычно принимают равномерное распределение на указанном интервале. В этом случае мат ожидание (среднее значение)

а дисперсия при этом уменьшая шаг квантования, дисперсию ошибки можно уменьшить до необходимого значения.

Квантователь имеет с кодовыми словами длинной n может иметь N=2^n выходных уровней.

МОДЕЛЬ ФИЗИЧЕСКОГО УРОВНЯ СИСТЕМЫ РАДИОДОСТУПА (КИ)

2. Неравномерное квантование используется для уменьшения мощности ошибки квантования, при этом используется неравномерное расположение уровней квантования. Задача состоит в том, как найти наиболее эффективное расположение уровней квантования.

Пусть последовательность квантованных отсчетов речевого сигнала Uд(t i)=fкв[U(t i),

], тогда дисперсия шума квантования выражается:

з этого выражения следует, что для уменьшения дисперсии шума квантования, уровни квантования необходимо располагать более плотно там, где плотность вероятности речевого сигнала имеет наибольшие значения. Уменьшение шага квантования приводит к уменьшению максимального значения ошибки квантования и соответственно там где плотность вероятности принимает меньшие значения, шаг квантования можно увеличить, сохраняя при этом количество N уровней.