- •ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ СВЯЗИ
- •СРЕДСТВА ПЕРСОНАЛЬНОЙ РАДИОСВЯЗИ
- •Системы персонального вызова
- •Системы транкинговой связи
- •Системы сотовой связи
- •Системы спутниковой связи
- •СИСТЕМЫ ПЕРСОНАЛЬНОГО ВЫЗОВА
- •Способ формирования рабочей зоны:
- •Структура сети персонального вызова
- •Функциональная схема пейджера
- •Стандарты кодирования в системах персонального вызова
- •СИСТЕМЫ СОТОВОЙ ПОДВИЖНОЙ СВЯЗИ
- •Способ деления территории на соты
- •Три поколения систем подвижной радиосвязи
- •АНАЛОГОВЫЕ СИСТЕМЫ СОТОВОЙ СВЯЗИ
- •Аналоговая система сотовой связи NMT-450
- •Организация соединений и принципы адресации абонентов
- •Структура рабочего кадра стандарта NMT
- •Эстафетная передача мобильной станции
- •ЦИФРОВЫЕ СТАНДАРТЫ СОТОВОЙ СВЯЗИ
- •GSM (Global System for Mobile Communications)
- •Основные элементы сети GSM
- •Функционирование системы
- •Проверка легальности работы мобильной станции
- •Структура временных кадров
- •Рабочие временные интервалы (slots)
- •Характеристики огибающей сигнала
- •Режим прыгающей частоты
- •Логические каналы в стандарте GSM
- •Структура логических каналов управления
- •Обработка речи в стандарте GSM
- •Канальное кодирование
- •Модуляция радиосигнала
- •Обеспечение безопасности в GSM
- •Механизмы аутентификации
- •Секретность передачи данных
- •Перспективы GSM
- •Системы связи с шумоподобными сигналами
- •DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)
- •MC-CDMA (Multi Carrier - CDMA)
- •FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum)
- •Система сотовой связи CDMA (IS-95)
- •Каналы трафика и управления
- •Прямые каналы в CDMA IS-95
- •Кодирование в прямом канале
- •Кодирование в обратном канале
- •Формирование сигнала базовой станцией
- •Формирование сигнала базовой станцией
- •Управление мощностью
- •Формирование QPSK сигнала
- •Кодирование речи
- •Борьба с многолучевостью
- •Организация эстафетной передачи
- •Аспекты безопасности в стандарте IS-95
- •Перспективы CDMA
- •РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН В МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ
- •Распространение радиоволн в свободном пространстве
- •Три основных способа распространения радиолволн
- •Отражение радиоволн
- •Дифракция радиоволн
- •Рассеяние радиоволн
- •ТЕХНИКА МНОГОСТАНЦИОННОГО ДОСТУПА
- •Методы организации связи
- •Сравнение сетей сотовой связи между собой
- •СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРСОНАЛЬНОЙ СВЯЗИ
- •Организация связи
- •Низкоорбитальная система связи Iridium
- •Низкоорбитальная система связи GlobalStar
- •Геостационарная система связи INMARSAT
- •ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ А
- •ЗАКЛЮЧЕНИЕ
- •РЕШЕНИЕ УПРАЖНЕНИЙ
Рассмотрим открытий цикл регулирования мощности (менее точный). Подвижная станция после включения ищет сигнал базовой станции. После синхронизации подвижной станции по этому сигналу производится замер его мощности и вычисляется мощность передаваемого сигнала, необходимая для обеспечения соединения с базовой станцией. Вычисления основываются на том, что сумма уровней предполагаемой мощности излучаемого сигнала и мощности принятого сигнала должна быть постоянна и равна 73 дБ. Если уровень принятого сигнала, например, равен 85 дБ, то уровень излученной мощности должен быть равен ± 12 дБ. Этот процесс повторяется каждые 20 мс, но он все же не обеспечивает желаемой точности регулировки мощности, так как прямой и обратный каналы работают в разных частотных диапазонах (разнос частот 45 МГц) и, следовательно, имеют различные уровни затухания при распространении и по-разному подвержены воздействию помех.
Рассмотрим процесс регулирования мощности при замкнутом цикле. Механизм регулирования мощности при этом позволяет точно отрегулировать мощность передаваемого сигнала. Базовая станция постоянно оценивает вероятность ошибки в каждом принимаемом сигнале. Если она превышает программно заданный порог, то базовая станция дает команду соответствующей подвижной станции увеличить мощность излучения. Регулировка осуществляется с шагом 1 дБ. Этот процесс повторяется каждые 1,25 мс. Цель такого процесса регулирования заключается в том, чтобы каждая подвижная станция излучала сигнал минимальной мощности, которая достаточна для обеспечения приемлемого качества речи. За счет того, что все подвижные станции излучают сигналы необходимой для нормальной работы мощности, и не более; их взаимное влияние минимизируется, и абонентская емкость системы подрастает.
Подвижные станции должны обеспечивать регулирование выходной мощности в широком динамическом диапазоне – до 85 дБ.
6.2.12.Формирование QPSK сигнала
Всистеме CDMA IS-95 применяются квадратурная фазовая манипуляция
(QPSK – Quadrature Phase-shift Keying) базовой и смещенная QPSK в подвиж-
ных станциях. При этом информация извлекается путем анализа изменения фазы сигнала, поэтому фазовая стабильность системы — критичный фактор при обеспечении минимальной вероятности появления ошибки в сообщениях. Применение смещенной QPSK позволяет снизить требования к линейности усилителя мощности подвижной станции, так как амплитуда выходного сигнала при этом виде модуляции изменяется значительно меньше. До того, как интерференционные помехи будут подавлены методами цифровой обработки сигналов, они должны пройти через высокочастотный тракт приемника и не вызвать насыщения малошумящего широкополосного усилителя (МШУ) и смесителя. Это
83
заставляет разработчиков системы искать баланс между динамическими и шумовыми характеристиками приемника.
При квадратурной фазовой манипуляции двум битам соответствует 4 значения фазы излучаемого сигнала в зависимости от значений этих битов (рис. 6.39), то есть одним значением фазы можно передать сразу значение 2 битов.
Рис. 6.39. Диаграмма значений фазы при QPSK модуляции
Поток данных делится на четные и нечетные биты (рис. 6.40). Далее процесс идет параллельно в синфазном и квадратурном каналах. После преобразования в NRZ (non-return-to-zero – без возврата к нулю) кодере получается двухполярный сигнал (рис. 6.41). Затем сигнал модулируется с помощью двух ортогональных функций. После суммирования сигналов двух каналов получим квадратурно модулированный (QPSK) сигнал.
Рис. 6.40. Схема формирования QPSK сигнала
84
Рис. 6.41. Код без возврата к нулю
Модулированный сигнал во временной области показан на рис. 6.42 и представляет собой короткий отрезок случайной битовой последовательности. На рисунке видны фрагменты синусоиды и косинусоиды, используемые в синфазном и квадратурном каналах. На рисунке использована битовая последовательность: 1 1 0 0 0 1 1 0, которая делится на последовательность четных и нечетных битов. Ниже показан суммарный QPSK сигнал.
Рис. 6.42. QPSK сигнал во временной области
На приемной стороне происходит обратный процесс (рис. 6.43). В каждом канале используется согласованный фильтр. Детектор соответствующего канала использует относительную величину порога для принятия решения: принят 0 или 1. Анализ идет по кадрам, соответствующим времени передачи одного символа.
В мобильный станциях используется смещенная квадратурная модуляция (OQPSK – Offset QPSK). В одном из каналов битовую последовательность задерживают на время, соответствующее половине длительности передаваемого символа. В этом случае составляющий синфазного и квадратурного каналов никогда не изменяют свой фазовый сдвиг одновременно (рис. 6.44). Максимальный скачок фазы составляет 90 градусов. Это делает флюктуации амплитуды сигнала значительно меньшими. Данный эффект
85
туды сигнала значительно меньшими. Данный эффект хорошо виден при сравнении с QPSK модуляцией той же битовой последовательностью (рис. 6.42).
Рис. 6.43. Демодуляций QPSK сигнала в приемнике
Рис. 6.44. ОQPSK сигнал во временной области
Передача сообщений в стандарте IS-95 осуществляется кадрами. Используемые принципы приема позволяют анализировать ошибки в каждом информационном кадре. Если количество ошибок превышает допустимый уровень, приводящий к недопустимому ухудшению качества речи, этот кадр стирается
(frame erasure).
С частотой ошибок или " частотой стирания битов " однозначно связано отношение энергии информационного символа к спектральной плотности шума Eo/No. На рис. 6.45 приведены зависимости вероятности ошибки в кадре (Prob. Frame Error) от величины отношения Eo/No для прямого и обратного каналов с учетом модуляции, кодирования и перемежения.
86
При увеличении количества активных абонентов в соте из-за взаимных помех отношение Eo/No снижается, а частота ошибок увеличивается. В этой связи разные фирмы принимают свои допустимые значения частоты ошибок. Например, фирма Motorola считает допустимой для CDMA IS-95 частоту ошибок в 1%, что соответствует с учетом замираний отношению Eo/No =7 – 8 дБ. При этом пропускная способность систем IS-95 в среднем в 15 раз превышает пропускную способность аналоговых систем AMPS.
Фирма Qualcomm за допустимую величину частоты ошибок принимает значение 3%. Это является одной из причин, по которым Qualcomm заявляет, что емкость CDMA IS-95 в 20 - 30 раз превышает емкость аналоговых AMPS.
Отношение Eo/No = 7 – 8 дБ и допустимая частота ошибок в 1% позволяет организовать 60 активных каналов на трехсекторную соту. Зависимость количества активных каналов связи (ТСН) для обратного канала от величины отношения Eo/No для 3-х секторной соты показана на рис. 6.46.
Рис.6.45. Зависимость вероятности ошибки в кадре от уровня сигнала
87