5.3. Сотовые системы связи стандарта cdma

Сотовые системы связи стандартаCDMA – это множественный доступ с кодовым разделением каналов, он относится прежде всего к эфирному интерфейсу, в котором общая группа пользователей (30  50) одновременно использует общую относительно широкую полосу частот (не менее 1 МГц) (рис. 5.10). Метод может быть реализован, как и GSM, только в цифровой форме. Один из стандартов CDMA IS-95 имеет диапазон обратного канала 824 – 849 МГц, прямой канал  869 – 894 МГц с дуплексным разносом по средним частотам в 45 МГц [2].

Спектр сообщения искусственно расширяется посредством первичной модуляции периодической псевдослучайной последовательностью импульсов и формируется широкополосный сигнал. Этот принцип расширения в сочетании с кодовым уплотнением физических каналов определяет преимущества метода CDMA перед другими методами.

Формирование сигнала идет следующим образом. Имеются биты, несущие информацию с кодера речи. Каждый бит представляется псевдослучайной последовательностью, т. е. идет первичная модуляция (рис. 5.11).

Напомним, что широкополосность определяется произведением полосы частот сигнала Δf на его длительность Тс. В данном случае Δf определяется как 1/τ и широкополосность Тс/τ >> 1. Это отношение – число элементов в псевдослучайной последовательности.

Используемая псевдослучайная последовательность должна отвечать двум требованиям:

обеспечивать хорошую различимость «0» и «1», что важно при приеме;

последовательности различных абонентов должны быть ортогональными, т. е. должна создаваться возможность построения многоканальной системы. Это и есть принцип кодового уплотнения сигналов.

ВсистемеCDMA для первичной модуляции используются «короткая» и «длинная» псевдослучайные последовательности Уолша порядка от 0 до 63 [2]. Пример функции Уолша 8-го порядка показан на рис. 5.12.

Длина короткой последовательности 2¹⁵  1 = 32767 знаков, а длинной  2⁴²  1 = 4,410¹². Частота следования дискретов  1,2288 МГц. Процесс модуляции происходит следующим образом. Сигнал с кодера речи каждого пользователя (при кодировании используется линейное предсказание CELP) подается на перемножитель и представляется после перемножения функцией Уолша. Далее псевдослучайная последовательность (ПСП) поступает на фазовый модулятор. В итоге создается широкополосный сигнал (ШПС) с базой Тс/τ (рис. 5.13).

На основании изложенного можно сделать два замечания:

1) информационные биты каждого пользователя представляются определенной функцией Уолша, причем прямая последовательность кодирует «1», а инвертированная  «0». Это противоположные сигналы, которые надежно различаются при приеме и имеют максимальную помехоустойчивость;

2) каждому пользователю назначается определенная функция Уолша, а поскольку они все в наборе ортогональны 

(5.3)

то есть возможность выделить сигнал при приеме. Таким образом, реализуется многоканальность.

Приведем более конкретное назначение функций Уолша в прямом канале (от базовой станции).

Wal₀ (функция нулевого порядка)  это сигнал несущей базовой станции, используется подвижной станцией для выбора сотовой ячейки по максимальной мощности базовой станции и в качестве опорного сигнала для синхронного детектирования при приеме сигналов ФМ подвижной станцией.

Wal₃₂  служебный канал. По нему осуществляется пакетная синхронизация.

Wal₁  Wal₇ – сигналы вызова.

Остальные функции Уолша образуют каналы абонентов. Для защиты информации применяется сверточное кодирование.

В обратном канале опорного канала нет, поэтому синхронное детектирование на станции не применяется, а применяется квадратурная фазовая манипуляция QPSK – набор из четырех сдвинутых на 90 сигналов, каждый из которых содержит два бита. Функции Уолша используются для кодирования 6-битовых групп символов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Связь  одно из динамично развивающихся направлений техники, имеющих малую ретроспективу. Даже на примере последних лет можно наб-людать смену поколений систем, работающих по новым принципам, в основе которых лежит цифровая обработка.

Технология xDSL предполагает использование медного кабеля, но благодаря методам кодирования и модуляции позволяет реализовать различные виды трафика (речь, видеоконференции, Интернет, телевидение), обеспечивает высокие скорости передачи.

Технология PON обеспечивает широкополосный доступ информации по оптическому кабелю до потребителя и является наиболее перспективной. Основной элемент сети PON – пассивный оптический разветвитель (сплиттер), не требующий питания. Положительные свойства данной технологии  высокая пропускная способность и небольшая протяженность кабельной сети.

Технология PLC использует силовую сеть жилых домов (фазы 220 В), офисов и не требует прокладки связевых кабелей, является, несмотря на ограниченность расстояния, экономически выгодной при временном развертывании сети. Методы кодирования и модуляции обеспечивают достаточно приемлемую скорость передачи и помехоустойчивость.

В городских условиях, на крупных железнодорожных узлах, где насыщенность различного рода коммуникациями затрудняет прокладку кабелей и строительство кабельных переходов на станциях, применяются системы с открытым оптическим каналом.

Радиодоступ, сотовые системы связи обеспечивают работу мобильных абонентов. Несмотря на нестабильный характер электромагнитного поля в условиях города качество связи достаточно высокое. Это достигается благодаря методам кодирования, перемежения и модуляции. Преимущество в мобильнос-ти объясняет развитие этого направления.

Специфика работы инженера-эксплуатационника предполагает, что он должен иметь системные знания об обслуживаемой аппаратуре, а это невозможно без знания принципов ее действия, теории. Эта теория изучается в соответствующих курсах, но основные ее положения представлены в данном конс-пекте лекций.

Библиографический список

1. Денисьева О. М. Средства связи для «последней мили» / О. М. Денисьева, Д. Г. Мирошников. М.: Эко-Трендз, 1999. С. 8 – 41.

2. Ратынский М. В. Основы сотовой связи / М. В. Ратынский. М.: Радио и связь, 1998. С. 76 – 111.

3. Убайдуллаев Р. Р. Волоконно-оптические сети / Р. Р. Убайдуллаев. М.: Эко-Трендз, 1998. С. 161.

4. Лагутенко О. И. Современные модемы / О. И. Лагутенко. М.: Эко-Трендз, 2002. С. 140 – 145.

5. Баженов Н. Н. Передача информации по силовым сетям / Н. Н. Баженов, М. Г. Морозов // Надежность функционирования и проблемы информационной безопасности телекоммуникационных систем железнодорожного транспорта: Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2009. С. 49  52.

6. Малютин Е. Современное состояние и перспективы атмосферных оптических линий связи // Connect. 2008. № 9. С. 21  27.

7. Прохоров Д. В. Атмосферные оптические линии связи / Д. В. Про-хоров // Технология и средства связи. 2004. № 1. С. 19 – 24.

8. Дьяконов В. П. Электронные средства связи / В. П. Дьяконов, А. А. Образцов, В. Ю. Смердов. М.: Солон-Пресс, 2005. С. 181 – 199.

9. Скляр Б. Цифровая связь / Б. Скляр. М.: Вильямс, 2004. С. 314.

10. ГОСТ Р51317.3.8-99 (МЭК 61000-3-8-97). Совместимость техни-ческих средств электромагнитная. Передача сигналов по низковольтным электрическим сетям. Уровни сигналов, полосы и нормы электромагнитных помех. М.: Изд-во стандартов, 2000. 21 с.

Учебное издание

БАЖЕНОВ Николай Николаевич,

БАЖЕНОВА Мария Олеговна

связь на «последней миле»

Конспект лекций

Редактор Н. А. Майорова

Корректор Д. А. Волнина

***

Подписано в печать 01.05.2011. Формат 60  84 ¹/₁₆.

Плоская печать. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 3,4. Уч.-изд. л. 3,8.

Тираж 170 экз. Заказ 7 90.

**

Редакционно-издательский отдел ОмГУПСа

Типография ОмГУПСа

*