diplov / file1

Для амплітудної маніпуляції з подавленою несучою у випадку послідовності вхідних бітів 10, яка може повторюватись та представлення бітів у вигляді однополярних півхвиль гармонічного сигналу ширина спектру становить В=R (R - швидкість вхідного потоку модулюючого сигналу). У

випадку наявності несучої (позначена пунктиром на рис. 2.16) ширина спектру не змінюється. З метою зменшення смуги можна використати амплітудну маніпуляцію з однією боковою смугою. В цьому випадку ширина смуги становить В=R/2, але при цьому значно ускладнюється приймач. Застосування частотної, або фазової маніпуляції не приводить до зменшення необхідної смуги частот, порівняно з амплітудною маніпуляцією (часто лише тільки до збільшення). Ефективність амплітудної маніпуляції Е (Е=R/В, яка характеризується відношенням швидкості вхідного потоку модулюючого сигналу до необхідної смуги частот) знаходиться в межах 1÷2.

Приведені висновки справедливі для будь-якої послідовності вхідних бітів,

не тільки 1 0.

Вплив форми модулюючого сигналу на ширину спектру сигналу з

амплітудною маніпуляцією

Розглянемо як змінюється ширина спектру модульованого сигналу в залежності від форми цифрового модулюючого сигналу (рис. 2.18).

На рис. 2.18 приведені різні варіанти імпульсів, що можуть передавати значення 0 та 1 в залежності від типу фільтра, через який проходить прямокутний імпульс.

а)

71

в)

Рис.2.18 Варіанти форми імпульсів, що передають цифровий сигнал а) прямокутний імпульс, б) прямокутний імпульс, що містить 1 і 3 гармоніки

в) однополярні відрізки гармонічного сигналу

Очевидно, що з точки зору забезпечення безпомилковості приймання найкращим буде сигнал, приведений на рис. 2.18,а. Саме такі сигнали на протязі часу тривалості біту Tb мають найбільшу потужність і тому для них найлегше розрізнити 0 та 1 на приймальній стороні при демодуляції. Чим більше форма модулюючого сигналу відрізняється від прямокутної, тим він гірший з точки зору безпомилкості приймання.

З іншої сторони, сигнал приведений на рис. 2.18,а містить нескінченну кількість гармонік і хоча з ростом номеру гармоніки їх амплітуда зменшується,

все одно він займає досить широку смугу. З точки зору зменшення ширини смуги модульованого сигналу кращим є використання модулюючого сигналу у формі (рис. 2.18,б) верхня частота Fmax якого становить:

Ширина спектру в цьому випадку згідно (2.13) становить:

72

У випадку використання односмугової амплітудної модуляції ширина смуги буде в два рази меншою

З виразу (2.10,б) з врахуванням залежностей (2.20), (2.21) можна визначити

(для випадку, коли інформаційні біти представляють послідовність 1 0,

причому 1 та 0 представлені у вигляді прямокутних імпульсів, що містять 1 та 3

гармоніки):

ефективність амплітудної маніпуляції:

ефективність односмугової амплітудної маніпуляції:

З метою подальшого зменшення ширини смуги модульованого сигналу ще кращим є використання модулюючого сигналу у вигляді однополярних півхвиль гармонічного сигналу.

Для цифрової амплітудної модуляції у випадку представлення бітів інформації у вигляді прямокутних імпульсів (спектр яких теоретично безмежний) ширина смуги практично буде дуже широкою. Тому прямокутні

73

імпульси перетворюють в майже прямокутні імпульси (пропустивши їх через фільтр низької частоти з смугою пропускання 3∙fd, причому fb=1/Тb, де Тb –

тривалість одного біта). В цьому випадку ширина спектру становить В=3∙R (R -

швидкість вхідного потоку модулюючого сигналу). З метою зменшення смуги можна використати амплітудну модуляцію з однією боковою смугою. В цьому випадку ширина смуги становить В=3∙R/2, але при цьому значно ускладнюється приймач. Ефективність цифрової амплітудної модуляції Е=R/В, знаходиться в межах 1/3÷2/3.

Бачимо, що використання для модуляції вхідних бітів у вигляді однополярних півхвиль гармонічного коливання (рис. 2.18,в) є в три рази ефективнішим, з точки зору необхідної смуги частот, порівняно з майже прямокутним імпульсом (рис. 2.18,б), який містить 1 і 3 гармоніки. Часто, з

метою звуження спектру, використовуються модулюючі сигнали більш складної форми, наприклад у вигляді функції припіднятого косинуса, або сигналу на виході фільтра з гаусовою характеристикою.

74

3. МЕТОДИ РОЗДІЛЕННЯ КАНАЛІВ ТА МНОЖИННОГО ДОСТУПУ

3.1. Виділені частоти

Для створення систем зв’язку, що використовують технологію CDMA (IS95, cdma2000, UMTS) виділено наступні діапазони частот (рис. 3.1).

Рис.3.1 Діапазони частот для систем CDMA

Кількість виділених діапазонів становить 8, тому, на перший погляд,

можна реалізувати 8 різних систем. Але реально створено меншу кількість систем, причому різних стандартів. Така ситуація пов’язана з наявністю ряду особливостей рис. 3.2.

75

Мережі радіозв’язку

Рис.3.2 Класифікація систем радіозв’язку

3.2. Типи каналів зв’язку

Загальні зауваження

Мережі радіозв’язку можуть бути односторонніми (наприклад, системи радіомовлення і телебачення), так і двосторонніми (наприклад, мережі мобільного зв’язку).

Далі, розглядаються тільки мережі двостороннього зв’язку. Але навіть серед мереж двостороннього зв’язку існує багато різновидностей, принципи побудови яких являються предметом даного розділу.

Суть проблеми

Одним з основних питань побудови мережі радіозв’язку являється вибір способу організації зв’язку абонентів між собою, наприклад почергова передача інформації від одного абонента до іншого, або одночасний обмін інформацією між абонентами [8].

У випадку одночасного обміну інформацією використовуються два канали зв’язку (в прямому і зворотному напрямку), при цьому виникає проблема їх

76

розділення з метою усунення впливу одного каналу на інший.

Основні отримані результати

Основні отримані результати побудови мереж радіозв’язку приведені на рис. 3.1. Тип каналу зв’язку визначає порядок обміну інформацією між окремим абонентами в мережі зв’язку. Взагалі, мережа радіозв’язку може підтримувати один з трьох типів каналів зв’язку:

дуплексний;

симплексний;

напівдуплексний.

Дуплексний канал зв’язку

Дуплексний канал зв’язку являється найбільш зручним та поширеним. Він характеризується одночасною реалізацією режиму прийому та передачі (рис.

3.3), що дозволяє абонентам одночасно слухати і розмовляти (як в звичайному провідному телефоні, мобільному телефоні і т.д.).

Рис.3.3 Дуплексний канал зв’язку

При дуплексному зв’язку радіоканал повинен бути розділеним на два канали. Абонент одночасно використовує один канал для передачі, а другий -

для прийому. Звідси і виникає питання дуплексного розділення каналів, яке розглядається в наступному розділі. Абонентські станції, призначені для дуплексного режиму роботи, значно складніші від симплексних станцій. А

також дуплексний режим роботи вимагає подвоєної смуги частот порівняно з симплексним, або зменшення швидкості передавання в два рази. Мережі радіозв’язку, в яких передбачено вихід в телефонну мережу загального

77

користування повинні підтримувати, як правило, дуплексний режим роботи.

Симплексний канал зв’язку

Симплексний канал зв’язку характеризується чергуванням в часі режиму прийому та передачі (рис. 3.4).

f1

f1

Рис.3.4 Симплексний канал зв’язку

Абонентська станція веде поперемінно прийом, або передачу сигналів на одній і тій же частоті f1. Вставлення режиму передавання здійснюється шляхом натискання кнопки прийом-передача PTT (Push-to-Talk). В процесі спілкування абоненти повинні за взаємною згодою регулювати свої дії. В іншому випадку можливе порушення зв’язку (коли дві станції знаходяться одночасно в режимі прийому, або передачі. Апаратна реалізація симплексних станцій найбільш проста, але пов’язана з деякими незручностями для користувачів і явно не ефективна з точки використання частотного ресурсу, тому що не дозволяє оперативно керувати розподілом каналів між користувачами.

Напівдуплексний канал зв’язку

Напівдуплексний канал зв’язку, як і симплексний, характеризується почерговою роботою станції в режимі прийому і передачі, але вони здійснюються на різних частотах (рис. 3.5). Напівдуплексний режим роботи з використанням симплексних радіостанцій дозволяє побудувати псевдомережі.

78

Рис.3.5 Напівдуплексний канал зв’язку

Кожна станція функціонує в симплексному режимі (почергові прийом та передача) з використанням різних частот для прийому і передачі, але ретранслятор здійснює одночасно прийом і передачу сигналів на різних частотах (дуплексний режим роботи). В результаті виявляється можливим побудувати мережі зв’язку при використанні відносно простих симплексних радіостанцій.

3.3. Методи дуплексної передачі даних

У випадку одностороннього зв’язку проблеми розділення дуплексних каналів не існує. Наприклад, радіомовлення або телевізійне мовлення,

здійснюється тільки в одну сторону, від радіотелевізійних центрів до абонентів.

Але в дуплексних системах, де здійснюється одночасно двосторонній зв’язок

(наприклад, радіотелефонний зв’язок) виникає проблема дуплексного розділення каналів. Очевидно, що в кожному пристрої двостороннього зв’язку,

потужний сигнал передавача буде впливати на чутливий вхід приймача, якщо не прийняти спеціальних заходів для розділення таких сигналів. Проблема розділення каналів, є актуальною навіть для гіпотетичного випадку коли існувала би лише одна БС і одна АС.

Розрізняють два основних методи розділення дуплексних каналів (для дуплексних режимів роботи):

частотний дуплекс (Frequency Division Duplex - FDD);

часовий дуплекс (Time Division Duplex - FDD).

79

Частотне розділення каналів

Частотне розділення каналів полягає у використанні двох діапазонів частот

(рис. 3.6). В одному діапазоні конкретний пристрій зв’язку здійснює лише передачу, а в іншому – лише прийом. Між згаданими діапазонами виділяється певний захисний інтервал (частотне рознесення). Очевидно, що збільшення частотного рознесення приводить до послаблення впливу передавача на приймач, які функціонують одночасно. Спектри різних напрямків передачі не повинні перекриватись, а діапазон частотного рознесення може використовуватись іншими системами.

Р(f)

частотне рознесення

f, Гц Спектри других

систем

Ри.3.6 Частотне розділення дуплексного каналу

До особливостей FDD можна віднести:

простоту обладнання, пов’язану з відсутністю необхідності часових комутацій та їх синхронізації, що являється перевагою;

зручність використання при необхідності забезпечення незалежної передачі даних в обох напрямках;

необхідність в двох діапазонах частот, що являється недоліком;

необхідність усунення впливу передавача на приймач, які функціонують одночасно, що також є недоліком.

Частотне розділення дуплексних каналів вимагає двох (парних) діапазонів

частот з однаковою шириною смуги Δf. Такими є діапазони (рис. 3.1):

80