
Телекомунікаційні системи та мережі. Том 1. Структура й основні функції. / Зміст / Розділ 5. Способи формування групових сигналів / Тема 5.7. Кодове ущільнення сигналів
- Розділ 1. Основи побудови телекомунікаційних систем
- Тема 1.1. Місце систем телекомунікацій в інформаційній інфраструктурі сучасного суспільства
- Тема 1.2. Загальна архітектура й завдання телекомунікаційних систем
- Тема 1.3. Класифікація мереж, клієнтів, операторів і послуг зв’язку
- Тема 1.4. Стисла характеристика існуючих телекомунікаційних технологій
- Тема 1.5. Вимоги до сучасних і перспективних ТКС
- Тема 1.6. Контрольні запитання та завдання
- Розділ 2. Мережі зв’язку наступного покоління: архітектура, основні характеристики й послуги
- Тема 2.1. Визначення й характеристика основних можливостей NGN
- Тема 2.2. Інфокомунікаційні послуги. Особливості послуг зв’язку наступного покоління
- Тема 2.3. Багаторівнева архітектура й функціональний склад NGN
- Тема 2.4. Перспективи концепції NGN
- Тема 2.5. Контрольні запитання та завдання
- Розділ 3. Стандартизація мережних протоколів і телекомунікаційного обладнання
- Тема 3.1. Відкриті системи та їх взаємодія
- Тема 3.2. Основні організації зі стандартизації мережевих рішень
- Тема 3.3. Еталонна модель взаємодії відкритих систем
- 3.3.1. Багаторівневий підхід і декомпозиція задачі мережної взаємодії
- 3.3.2. Інтерфейс, протокол, стек протоколів
- 3.3.3. Загальна характеристика моделі OSI
- 3.3.4. Фізичний рівень. Функції й приклади протоколів
- 3.3.5. Канальний рівень. Функції та приклади протоколів
- 3.3.6. Мережний рівень. Функції та приклади протоколів
- 3.3.7. Транспортний рівень. Функції та приклади протоколів
- 3.3.8. Сеансовий рівень. Функції та приклади протоколів
- 3.3.9. Представницький рівень. Функції та приклади протоколів
- 3.3.10. Прикладний рівень. Функції та приклади протоколів
- 3.3.11. Поділ ЕМВВС на мережонезалежні і мережозалежні рівні
- Тема 3.4. Стандартні стеки мережних протоколів
- 3.4.1. Стек протоколів OSI
- 3.4.2. Стек протоколів TCP/IP
- 3.4.3. Стек протоколів IPX/SPX
- 3.4.4. Стек протоколів NetBIOS/SMB
- 3.4.5. Стек протоколів технології Х.25
- 3.4.6. Стек протоколів технології Frame Relay
- 3.4.7. Стек протоколів технологій B-ISDN та АТМ
- 3.4.8. Сімейство протоколів DECnet
- 3.4.9. Мережна модель DoD
- 3.4.10. Зв’язок стандартів IEEE 802 з моделлю OSI
- 3.4.11. Стек протоколів мереж наступного покоління
- Тема 3.5. Стандартизація мережного обладнання
- Тема 3.6. Контрольні запитання та завдання
- Розділ 4. Лінії зв’язку
- Тема 4.1. Фізичні параметри середовищ поширення електромагнітних хвиль
- Тема 4.2. Загальні відомості про лінії зв’язку
- Тема 4.3. Основні властивості кабельних ліній зв’язку
- Тема 4.4. Металеві лінії зв’язку
- Тема 4.5. Теорія волоконних світловодів
- Тема 4.6. Властивості неоднорідних ліній
- Тема 4.7. Конструкції кабелів зв’язку
- Тема 4.8. Електромагнітні впливи в лініях зв’язку
- Тема 4.9. Структуровані кабельні системи
- Тема 4.10. Атмосферний лазерний зв’язок
- Тема 4.11. Особливості радіоліній, радіорелейних і супутникових ліній зв’язку
- 4.11.1. Загальні принципи побудови радіоліній зв’язку
- 4.11.2. Поширення радіохвиль у радіолініях зв’язку
- 4.11.3. Особливості поширення радіохвиль у радіорелейних лініях зв’язку
- 4.11.4. Особливості поширення радіохвиль у супутникових лініях зв’язку
- 4.11.5. Особливості побудови радіоліній зв’язку
- 4.11.6. Загальні характеристики побудови супутникових ліній зв’язку
- 4.11.7. Зони бачення для ССЗ
- 4.11.8. Статистична структура сигналів СЛЗ
- 4.11.9. Основні складові систем супутникового зв’язку
- 4.11.10. Методи організації супутникового зв’язку
- 4.11.11. Обґрунтування щодо вибору параметрів апаратури при проектуванні радіорелейних ліній
- 4.11.12. Вибір енергетичних характеристик радіорелейних ліній
- 4.11.13. Стійкість функціонування радіорелейних ліній
- Тема 4.12. Контрольні запитання та завдання
- Розділ 6. Методи доступу
- Тема 6.1. Загальна характеристика методів доступу
- Тема 6.2. Методи вирішення конфліктів в алгоритмах доступу
- Тема 6.3. Моделі й архітектура мережі доступу
- Тема 6.4. Оптичні технології в мережах доступу
- Тема 6.5. Методи використання фізичних ресурсів у мережах доступу
- Тема 6.6. Особливості використання просторово-поляризаційних параметрів при радіодоступі
- Тема 6.7. Контрольні запитання та завдання
- Розділ 7. Методи розподілу інформації
- Тема 7.1. Загальні положення
- Тема 7.2. Системи розподілу в мережах наступного покоління
- Тема 7.3. Системи комутації каналів
- 7.3.1. Вимоги до систем комутації ISDN
- 7.3.2. Структура вузла комутації каналів ISDN
- 7.3.3. Принцип роботи цифрового комутаційного поля типа ПВП
- 7.3.4. Загальні вимоги до комутаційних систем у Ш-ЦМІО
- 7.3.5. Вибір комутаційної технології для Ш-ЦМІО
- 7.3.6. Системи комутації для АТМ
- 7.3.7. Архітектура й характеристики комутаційних систем на базі швидкої комутації пакетів (ШКП)
- Тема 7.4. Комутаційні системи в NGN
- Тема 7.5. Системи комутації Ш-ЦМІО на базі асинхронного режиму доставки (АТМ)
- Тема 7.6. Пропускна здатність систем розподілу інформації
- 7.6.1. Основні положення пропускної здатності систем розподілу інформації
- 7.6.2. Пропускна здатність повнодоступного пучка із втратами найпростішого потоку викликів
- 7.6.3. Пропускна здатність повнодоступного пучка із втратами примітивного потоку викликів (потоку ВОКД)
- 7.6.4. Розрахунок імовірності умовних втрат і середнього часу очікування при випадковій тривалості обслуговування
- 7.6.5. Потік з повторними викликами
- Тема 7.7. Способи розподілу навантаження в мережах зв’язку
- Тема 7.8. Контрольні запитання та завдання
- Розділ 8. Системи синхронізації
- Тема 8.1. Види синхронізації, їхня роль, місце й завдання у сучасних цифрових системах зв’язку
- Тема 8.2. Фазова (частотна) синхронізація
- Тема 8.3. Тактова (символьна) синхронізація
- Тема 8.4. Джитер і вандер цифрових сигналів
- Тема 8.5. Циклова (кадрова) синхронізація
- Тема 8.6. Мережна синхронізація цифрового зв’язку
- Тема 8.7. Контрольні запитання та завдання
- Розділ 9. Системи сигналізації
- Тема 9.1. Види і склад сигналів
- Тема 9.2. Класифікація протоколів сигналізації
- Тема 9.3. Внутрішньосистемна сигналізація в ЦСК
- Тема 9.4. Особливості сигналізації в стиках V.5
- Тема 9.5. Абонентська сигналізація
- Тема 9.6. Обладнання сигналізації сучасних ЦСК
- Тема 9.7. Специфічні особливості українських систем сигналізації
- Тема 9.8. Методологія специфікації та опису систем сигналізації
- Тема 9.9. Цифрова багаточастотна сигналізація R2D
- Тема 9.10. Загальноканальна система сигналізації № 7
- Тема 9.11. Сигналізація DSS1
- Тема 9.12. Сигналізація на корпоративних мережах
- Тема 9.13. Сигналізація на мережах з комутацією пакетів
- Тема 9.14. Сигналізація на мережі B-ISDN/ATM
- Тема 9.15. Сигналізація в мережі ІР-телефонії
- Тема 9.16. Контрольні запитання та завдання
- Розділ 10. Технології та протоколи управління в ТКС
- Тема 10.1. Зміст задач управління в мережах наступного покоління
- Тема 10.2. Підсистема управління послугами
- Тема 10.3. Підсистема контролю й управління мережею
- Тема 10.4. Підсистема мережного управління на рівнях транспорту й доступу
- 10.4.1. Базова архітектура управління на рівнях транспорту й доступу ТКС
- 10.4.2. Класифікація й маркування пакетів трафіка
- 10.4.3. Управління інтенсивністю трафіка
- 10.4.4. Управління чергами на мережних вузлах
- 10.4.5. Маршрутизація: мета, основні задачі й протоколи
- 10.4.6. Сигнальні протоколи резервування мережних ресурсів
- 10.4.7. Функції управління канального рівня щодо забезпечення QoS
- 10.4.8. Рівні якості обслуговування й відповідні їм моделі обслуговування
- Тема 10.5. Перспективи розвитку технологій мережного управління
- Тема 10.6. Контрольні запитання та завдання
- Розділ 11. Конвергенція в телекомунікаційних системах
- Тема 11.1. Конвергенція в ТКС: історія, мета та задачі
- Тема 11.2. Види конвергенції
- Тема 11.3. Приклади рішень щодо конвергенції в системах телекомунікацій
- Тема 11.4. Якість конвергентних послуг
- Тема 11.5. Контрольні запитання та завдання
- Розділ 12. Методи забезпечення інформаційної безпеки об’єктів телекомунікаційної системи
- Тема 12.1. Основні терміни та поняття у сфері інформаційної безпеки
- Тема 12.2. Основні підходи до забезпечення інформаційної безпеки
- Тема 12.3. Криптографічний захист інформації
- Тема 12.4. Використання механізму електронного цифрового підпису
- Тема 12.5. Технічний захист інформації
- Тема 12.6. Контрольні запитання та завдання
- Розділ 13. Електроживлення телекомунікаційних систем зв’язку
- Тема 13.1. Загальні положення
- Тема 13.2. Системи електроживлення підприємств електрозв’язку
- Тема 13.3. Типове обладнання електроустановок підприємств електрозв’язку
- Тема 13.4. Дистанційне електроживлення
- Тема 13.5. Джерела безперебійного живлення (ДБЖ)
- Тема 13.6. Електромагнітна сумісність джерел електроживлення
- Тема 13.7. Перспективи розвитку електроживлення ТКС
- Тема 13.8. Контрольні запитання та завдання
5.7.1. Загальна характеристика кодового ущільнення сигналів
Використання методу кодового ущільнення дозволяє радіостанціям працювати одночасно й в одній і тій же смузі частот. Передані сигнали всіх абонентів (АС) розрізняються за формою, що й дозволяє розділити їх у приймачах. Кожний приймач із безлічі прийнятих сигналів виділяє «свої» сигнали, форма яких відома в приймачі й відрізняється від форми сигналів усіх інших абонентів. Як сигнали, що розрізняються за формою, використовують широкосмугові сигнали (ШСС) — це такі сигнали, у яких добуток ширини спектра сигналу Рс на його тривалість Tс набагато більше одиниці, тобто Bс = Fс·Tс. Цей добуток називається базою сигналу Вс. Іноді ШСС називають складними сигналами на відміну від простих з базою сигналу, що дорівнює одиниці, тобто Bс = 1.
У системах зв’язку зі ШСС ширина спектра Fс завжди набагато більше ширини спектра вихідного сигналу. Тому в сучасній технічній літературі такі системи називають системами з розширеним спектром.
У системах зв’язку зі ШСС елементам дискретних сигналів надають складної форми (структури).
Один з можливих варіантів схеми формування й прийому ШСС із використанням погодженого фільтра наведено на рис. 5.7.1.
Рис. 5.7.1. Схеми формування та прийому ШСС
Лінія затримки (ЛЗ) має N відводів, установлюваних через однакові інтервали із затримкою кожного з них на час T0 = Tc/N. Частина відводів приєднується до суматора 1, частина — до суматора 2. На вхід ЛЗ із періодом Tc подаються короткі імпульси. Ключ (модулятор) установлюється в те чи інше положення залежно від переданих інформаційних одиничних елементів («1» або «0»). У результаті на виході модулятора видаються послідовності імпульсів, кожна з яких однозначно пов’язана з переданим інформаційним одиничним елементом. Цими послідовностями імпульсів модулюється передавач ВЧ-коливань (ВЧ ПД).
Дешифрація прийнятих ШСС здійснюється за допомогою ЛЗ (погодженого фільтра), схем збігу й тригера. Налагодивши дешифратор на виділення «своїх» кодових комбінацій (послідовностей імпульсів), якими закодовані інформаційні «1» й «0», можна забезпечити прийом сигналів, адресованих даному абонентові.
Зазвичай база ШСС сягає значень декількох сотень або навіть тисяч.
У розглянутій схемі інформаційні символи «1» й «0» кодуються кодовими комбінаціями різної структури, якими модулюється генератор ВЧ.
Іншим варіантом передачі сигналів є варіант, при якому адреси абонентів кодуються різними послідовностями імпульсів, а зміст переданих одиничних елементів «1» або «0» укладено у фазі сигналу.
Очевидно, що завадостійкість системи зв’язку з кодовим поділом сигналів стосовно взаємних перешкод тим вище, чим менше взаємний зв’язок між сигналами (адресами) абонентів, тобто чим менше їх взаємно кореляційна функція (ВКФ). Тому при побудові таких систем необхідно розв’язувати завдання побудови систем складних сигналів, що забезпечують у приймачах абонентів найменший рівень структурних завад.
Кодове ущільнення (поділ) сигналів широко використовується в різних радіосистемах, особливо в системах рухомого радіозв’язку.
Можливість кодового ущільнення (ущільнення сигналів за формою) засновано на кореляційних властивостях широкосмугових сигналів. Взаємнокореляційною функцією (ВКФ) R12(τ) сигналів S1(t) і S2(t) що мають кінцеві енергії, є функція, що визначається співвідношенням:
де t — час; τ — величина зсуву в часі другого сигналу стосовно першого.
Фізичним змістом ВКФ є ступінь схожості двох сигналів. Окремим випадком ВКФ є автокореляційна функція (АКФ), коли S1(t) = S2(t). Чим більше схожі сигнали один на одного, тим більше додатне значення має ВКФ. Якщо значення функції R12(τ) має найбільше абсолютне значення й від’ємний знак, то це вказує на те, що сигнали S1(t) і S2(t) протилежні, тобто S1(t) = – S2(t). Для кодового поділу каналів, застосовуваного в стандартах CDMA, важливий випадок, коли R12(τ) = 0 у точці, або R12(τ) ≈ 0 на всьому відрізку визначення зсуву τ. Сигнали, що задовольняють першій рівності, називаються ортогональними «в точці», сигнали, що задовольняють другій приблизній рівності — квазіортогональними. Сигнали, для яких ВКФ строго дорівнює нулю при всіх часових зсувах, не існують, тому, говорячи про ортогональні коди, мається на увазі ортогональність «у точці». У зв’язку із зазначеними випадками розглядають два типи адресних систем з кодовим ущільненням сигналів: синхронні й асинхронні. Прикладом систем із кодовим ущільненням сигналів є синхронні адресні системи, які використовуються у системі стандарту IS-95.
Сутність кодового ущільнення сигналів від базової станції (БС) до абонентської (АС) полягає в такому:
- N інформаційним потокам, призначеним для N абонентів, присвоюється власна кодова псевдовипадкова послідовність (ПВП);
- кодові послідовності некорельовані між собою;
- бінарні інформаційні потоки модулюються власними ПВП;
- канальні широкосмугові сигнали складаються в підсумовуючому пристрої;
- модуляція носійної результуючої складним широкосмуговим сигналом і випромінювання радіосигналу в простір.
Схему формування групового сигналу, що реалізує викладені принципи, зображено на рис. 5.7.2.
Рис. 5.7.2. Схема формування групового сигналу
На приймальній стороні в абонентській станції:
- відома «власна» кодова послідовність;
- здійснюється перенесення сигналу з радіочастоти в область низьких частот;
- низькочастотний імпульсний сигнал надходить на вхід корелятора, на другий вхід якого синхронно надходить кодуюча ПВП;
- корелятор, що складається з перемножника й інтегратора, обчислює взаємнокореляційну функцію двох сигналів;
- відгук на виході корелятора відбувається тільки тоді, коли в ущільненому складному сигналі присутня «власна» ПВП, в іншому випадку на виході спостерігається тільки шум.
На сьогодні відомо чимало методів формування ансамблів ортогональних і квазіортогональних послідовностей. Серед ортогональних систем сигналів у ряді систем зв’язку для кодового поділу застосовуються сигнали, що є рядками матриці Адамара розміром 64 × 64. Матриця Адамара розміром 2n × 2n формується з матриці розміром n × n у такий спосіб:
Початковою матрицею в цьому рекурентному обчисленні виступає матриця розміром 1 × 1: H1 = [1]. Таким чином, матриця Адамара розміром 2 × 2
За аналогією матриця 8 × 8 має вигляд:
Можна переконатися, що якщо попарно перемножити елементи двох різних рядків матриці, а потім скласти результати, то вийде нуль. Це означає, що будь-яка пара рядків у матриці Адамара є ортогональною (зрозуміло, якщо немає взаємного зсуву). З іншого боку, кореляція рядка самого собою дає число 8, що очевидно. Якщо ж скорелювати рядок з його інверсним поданням, то результат дорівнюватиме 8. Таким чином, інформаційний «0» першого каналу можна передавати першим рядком матриці Адамара, а інформаційну «1» — першим рядком, але з інверсією; бінарному потоку другого каналу можна присвоїти другий рядок тощо. Оскільки рядки матриці ортогональні, то сигнали різних каналів можна розділити на приймальній стороні. Рядки матриці Адамара частіше називаються функціями Уолша.
Системи зв’язку, що базуються на кодовому поділі каналів порівняно з іншими системами цифрового зв’язку, мають суттєві переваги:
- мають виняткову складність результуючих сигналів, у такий спосіб підвищуючи конфіденційність передачі;
- мають малу спектральну щільність результуючого сигналу, що підвищує прихованість системи;
- ефективно передають інформацію при багатопроменевому поширенні радіохвиль;
- стійкі до впливу як імпульсних, так і зосереджених за частотою перешкод;
- здійснюють близьку до когерентної обробки сигналів, таким чином доводячи завадостійкість до граничних значень;
- мають низький рівень споживаної потужності абонентської станції, що забезпечує її тривалу роботу без підзарядки;
- полегшують або повністю виключають необхідність частотного планування;
- гнучкі в розгортанні, легко адаптуються до вимог по надаваних послугах у конкретній мережі користування.
Висока ефективність використання частотного ресурсу, висока завадозахищеність, прихованість і конфіденційність привели до того, що сучасні системи зокрема, стільникового зв’язку, орієнтовані на ті чи інші варіанти CDMA.