• Драйвери для ноутбука Lenovo G505
• Кращі поради: Як змінити роздільну здатність екрана монітора Чому не встановлюється потрібна роздільна здатність екрана
• Зависла бездротова мишка на комп'ютері
• Автозавантаження програм, що стартують з операційною системою
• Як дізнатися свій номер телефону МТС?
• Найкращі бюджетні смартфони з гарною камерою Огляд недорогих смартфонів з гарною камерою
• Як можна телефоном та планшетом керувати телевізором і які програми потрібні?
• Використання прихованих нотаток у телефонах сяомі
• Samsung Galaxy Ace S5830: характеристики, опис, відгуки Телефон Samsung Асе
• Датчик наближення в телефоні, як включити, відключити, калібрування датчика Як включити датчик наближення на хонор 10

Частина 1

ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНІ ТА ІНФОРМАЦІЙНІ МЕРЕЖІ

Глава 1 ______

ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНІ МЕРЕЖІ І СИСТЕМИ. ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ

Список скорочень

ДІІ (GII)	-	глобальна інформаційна інфраструктура
ЗУ	-	запам'ятовуючий пристрій
ЛЗ	-	лінія звязку
ПЗ	-	програмне забезпечення
ТС	-	телекомунікаційна мережа
ТФОП (PSTN)	-	телефонна мережа загального користування
ЧПН	-	годину найбільшого навантаження
АТМ	-	асинхронний метод доставки
В-ISDN	-	широкосмугова цифрова мережа інтегрального обслуговування
FR	-	технологія ретрансляції кадрів
IDN	-	інтегральна цифрова мережа
IN	-	інтелектуальна мережа зв'язку
IP	-	міжмережевий протокол
N-ISDN	-	вузькосмугова цифрова мережа інтегрального обслуговування
PLMN	-	стільникова мережазв'язки з мобільними об'єктами

ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ МЕРЕЖ І СИСТЕМ ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙ

Сучасному розвитку техніки зв'язку притаманні дві особливості: цифрова форма подання всіх сигналів - незалежно від цього, який вид інформації представляється цими сигналами - мова, текст, дані чи зображення; інтеграція обслуговування, що може бути повністю реалізовано лише переведенням зв'язку на цифрову техніку. Відбувається інтеграція систем передачі та комутації, по-новому перерозподіляються завдання кінцевих пристроїв і мереж зв'язку. Створюються багатофункціональні кінцеві пристрої, що відрізняються від телефонного та телеграфного апаратів, кінцеві пристрої візуального відображення даних, придатні більш ніж одного виду інформації. І, нарешті, мережа зв'язку дозволяє передавати мовну, текстову інформацію, дані та зображення через те саме з'єднання: користувач отримає доступ до цієї мережі незалежно від виду служби через «штепсельну розетку зв'язку».

За допомогою цих «революційних» коштів було значно збільшено продуктивність та економічна ефективність праці як цілих організацій, так і окремих людей. Напрошується висновок, що об'єднання зусиль трьох галузей промисловості – комп'ютерної індустрії (інформаційних технологій), побутової радіоелектроніки (індустрії розваг) та електрозв'язку – наблизило досягнення основної мети – створення глобальної інформаційної інфраструктури (ДІІ, GII).

Кінцевою метою ДІІ є гарантія для кожного споживача доступу до інформаційної спільноти.

Відомі деякі фундаментальні характеристики, які має мати ДІІ, щоб відповідати вимогам споживачів інформації. Ці показники називаються атрибутами. Пропонований

Для кожного виду інформаційних повідомлень традиційно використовується конкретний спосіб передачі в мережі, що характеризується принципом перетворення повідомлення сигнал електрозв'язку і типом комунікацій (формою зв'язку). Так, передачі аудіоінформації прийнятої формою зв'язку служить телефонна, передачі нерухомих зображень використовується факсиміле, для рухомих зображень - телебачення. Дані відносяться до типу кодованих повідомлень, спосіб передачі яких заснований на поданні кожного інформаційного елемента (літери, знака, цифри) у вигляді кодової комбінації, що передається у формі сигналу мережі. Для кодованих повідомлень застосовується телеграфний спосіб передачі та передача даних. Останнім часом використовуються і так звані «багатосередні» форми зв'язку – мультимедіа (у перекладі з анг. milty- багато, media- середовище) для одночасної передачі звуку, зображення та даних.

Залежно від форми зв'язку телекомунікаційні системи можна поділити на системи телефонного зв'язку, факсимільного зв'язку, телевізійного мовлення, телеграфного зв'язку, передачі даних тощо; залежно від середовища передачі сигналу (мідь, ефір, оптичне волокно) - на системи електрозв'язку та оптичного зв'язку, а також провідного зв'язку, що використовує напрямні середовища (мідні та оптичні кабелі), та бездротового зв'язку, де передачі сигналів використовується ефір. Поєднує всі ці системи в загальне поняття системи телекомунікацій:

1. Загальне призначеннявсіх систем зв'язку – надання послуг користувачам.

2. Усі системи зв'язку відносяться до типу розподілених систем, основним компонентом яких є телекомунікаційна мережа, що дозволяє використовувати загальні принципиструктурної оптимізації таких систем

3. Системи зв'язку, як будь-які складні системи, що неспроможні розглядатися ізольовано від довкілля. Під довкіллям розуміють безліч елементів будь-якої природи, що існують поза системою і надають на неї певні впливи. До таких елементів стосовно будь-якій системі зв'язку можна віднести користувачів, визначальних вимог щодо обсягу споживаних послуг, їх переліку, якості і цим впливають на систему зв'язку.

Слід зазначити, що саме поняття «система» абстрактне по відношенню до реального об'єкта, що асоціюється з нею і може трактуватись як модель об'єкта. Модель дозволяє відобразити найважливіші компоненти об'єкта та опустити несуттєві, з погляду мети його розгляду, деталі. У цьому плані той самий об'єкт може по-різному характеризуватись різними системами залежно від аспектів його розгляду.

При розгляді моделей більшості мереж та систем телекомунікацій широко використовуються поняття протокол та інтерфейс. Протокол - це зведення правил і форматів, що визначають взаємодію об'єктів однойменних рівнів мережі, наприклад, "людина - людина", "термінал - термінал", "комп'ютер - комп'ютер", "процес - процес", тобто протоколи, що описують порядок взаємодії між користувачами, терміналами, вузлами мережі чи окремими мережами. При цьому повинні використовуватися та сама мова, одні й ті самі синтаксичні правила та інформаційні формати. Рівнева структура моделі дозволяє забезпечити незалежну розробку протоколів. Кожен рівень моделі може мати кілька протоколів. Взаємодія суміжних рівнів забезпечується інтерфейсами. Інтерфейс - це сукупність технічних і програмних засобів, що використовуються для об'єднання пристроїв, систем або програм. Сукупність засобів взаємодії двох суміжних рівнів (міжрівневий інтерфейс) містить правила логічного та електричного узгодження, а також детальний опис форматів повідомлень.

Інформаційні мережі призначені для надання користувачам послуг, пов'язаних з обміном інформацією, її споживанням, обробкою, зберіганням та накопиченням. Споживач інформації, який отримав доступ до інформаційної мережі, стає користувачем. Як користувачів можуть виступати як фізичні, так і юридичні особи(Фірми, організації, підприємства). Користування мережею забезпечує можливість отримувати інформацію тоді, як у ній виникає потреба. Під інформаційною мережею розуміють сукупність територіально розосереджених кінцевих систем, що об'єднуються в телекомунікаційні мережі та забезпечують доступ будь-якої з цих систем до всіх ресурсів мережі та їх колективне використання. Телекомунікаційні мережі доцільно розділяти на кшталт комунікацій (мережі електрозв'язку, оптичного зв'язку, телефонного зв'язку, передачі, залізничних чи повітряних сполучень тощо. буд.).

Кінцеві системи інформаційної мережі можуть бути класифіковані як: - -термінальні (terminal system),що забезпечують доступ до мережі та її ресурсів;

Робітники (server, host system),що представляють інформаційні та обчислювальні ресурси;

Адміністративні (Management system),реалізують управління мережею та її окремими частинами.

Ресурси інформаційної мережі поділяються на інформаційні, обробки та зберігання даних, програмні та комунікаційні.

Інформаційні ресурси - це інформація та знання, що накопичуються у всіх галузях науки, культури та життєдіяльності суспільства, а також продукція індустрії розваг. Все це система

тизується в мережевих базах даних, з якими взаємодіють користувачі мережі. Ці ресурси визначають споживчу цінність інформаційної мережі і повинні як постійно створюватися і розширюватися, а й вчасно оновлювати застарілі дані.

Ресурси обробки та зберіганняданих визначаються продуктивністю процесорів мережевих комп'ютерів і обсягом їх пристроїв (ЗУ), а також часом, протягом якого вони використовуються.

Програмні ресурсиявляють собою програмне забезпечення, що бере участь у наданні послуг користувачам, а також програми супутніх функцій. До останніх належать: виписка рахунків, облік оплати послуг, навігація (забезпечення пошуку інформації в мережі), обслуговування мережевих електронних поштових скриньок, організація мосту для телеконференцій, перетворення форматів переданих повідомлень, криптозахист інформації (кодування та шифрування), аутентифікація ( електронний підписдокументів, що засвідчує їхню справжність).

Комунікаційні ресурсиберуть участь у транспортуванні інформації та перерозподілі потоків у вузлі комутації. До них відносяться ємності ліній зв'язку, комутаційні можливості вузлів, а також час їхнього заняття при взаємодії користувача з мережею. Комунікаційні ресурси класифікуються відповідно до типу ТЗ: комутована телефонна мережа загального користування, мережа передачі даних з комутацією пакетів, мережа мобільного зв'язку, теле- та радіомовні мережі, цифрова мережа інтегрального обслуговування тощо.

Телекомунікаційні мережі прийнято оцінювати цілу низку показників, що відображають можливість ефективності транспортування інформації. Можливість передачі інформації в ТЗ пов'язана зі ступенем її працездатності, тобто виконанням заданих функцій у встановленому обсязі на необхідному рівні якості протягом певного періоду експлуатації мережі або в довільний момент часу. ->аботоздатність мережі зв'язку визначається поняттями надійності та живучості. Різниця цих понять зумовлена ​​причинами та факторами, що порушують нормальну роботумережі, та характером порушень.

Надійністьмережі зв'язку характеризує її властивість забезпечувати зв'язок, зберігаючи у часі значення становлених показників якості в заданих умовах експлуатації. Вона відбиває здатність зберігати працездатність мережі зв'язку під впливом, переважно, внутрішніх чинників - випадкових відмов технічних засобів, викликаних процесами старіння, дефектами технології виготовлення чи помилками обслуговуючого персоналу.

Живістьмережі зв'язку характеризує її здатність зберігати повну або часткову працездатність при впливі причин, що знаходяться за межами мережі та призводять до руйнування або значних ушкоджень деякої частини її елементів (пунктів та ліній зв'язку). Подібні причини можна розділити на два класи: стихійніі навмисні.До стихійних факторів належать та-

як землетрус, зсуви, розливи річок і т. п., а до навмисних - ракетно-ядерні удари-отивівника, диверсійні дії та ін.

При аналізі пропускної спроможності ТС дуже важливі поняття виклику та повідомлення. Дзвінок - це повідомити про з'єднання між двома користувачами мережі для передачі повідомлення. Повідомлення- Формація користувача, перетворена на сигнали електрозв'язку. Враховуючи різницю між викликом повідомленням, можна сказати, що потік викликів надходить у вузол мережі або якусь його частину, а потік повідомлень циркулює в мережах зв'язку для передачі інформації користувачу. Потребу в доставці повідомлень з одного пункту мережі до іншого можна виявити тяжінням між цими пунктами. Тяжіння >арактеризует оцінку потреби у різних видах зв'язку між двома пунктами мережі й визначається ебъемом повідомлень, які потрібно доставити за деякий час з одного пункту 1 інший. Від тяжіння, вираженого обсягом повідомлень чи обсягом інформації, можна перейти тяжіння, вираженому часом заняття лінії зв'язку (ЛЗ), а від нього - до кількості необхідних 1С. Тяжіння, що визначається обсягом інформації, зручне для мережі передачі даних, а що визначається 1оменем заняття каналів - для телефонної мережі та різного виду мереж мовлення. Час заняття каналу бореться годинником за рік, добу або годину. Тяжіння залежить від виду інформації, територіального розташування користувачів, їх особливостей, господарських, культурних та інших взаємозв'язків. Однозначно визначити тяжіння неможливо, тому що на нього впливає дуже багато факторів, тому -очність оцінок тяжіння зазвичай невелика.

Об'єм інформації, Переданої між двома пунктами за якийсь період часу, визначається сумою обсягів усіх повідомлень (з урахуванням повторних) або добутком числа переданих повідомлень -а середній обсяг одного повідомлення. Час заняття ліній або приладів, виражений у годиннику, з"-об'єднує навантаження на ці лінії або прилади як добуток загальної кількості викликів, що надійшли *г середню тривалість занять . Інтенсивність навантаження- це число годиннику за певний проміжок часу, наприклад, годину найбільшого навантаження (ЧПН) - це 60-хвилинний інтервал аремені, протягом якого навантаження в мережі більше, ніж у будь-якому іншому аналогічному періоді. Зазвичай «лользують поняття інтенсивності навантаження, хоча спрощення її часто називають навантаженням. Безрозмірну одиницю інтенсивності навантаження названо ерлангом. Один ерланг – це інтенсивність навантаження сійногоприладу безперервно зайнятого протягом години.

У випадку, коли мережа не може обслужити навантаження, що має надходження, має сенс говорити про обсяг реалізованого навантаження в мережі. Величина реалізованого навантаження визначається пропускною спроможністю мережі зв'язку. У ряді випадків пропускну здатність оцінюють кількісно. Наприклад, величиною максимального потоку інформації, який можна пропустити між деякою парою пунктів. Таким чином визначають пропускну здатність перерізу мережі, що є найвужчим місцем при поділі мережі між джерелом та одержувачем на дві частини.

Потік повідомлень між двома пунктами – це послідовність повідомлень, що передаються з одного пункту до іншого. Окрім корисної інформації в мережі передаються повідомлення керування та сигналізації, які не мають цінності для користувача. Істотно завантажують мережі зв'язку (не даючи корисного ефекту) та повторні дзвінки,що виникають у разі відмови при первинному виклику. Потік повідомлень характеризується послідовністю моментів надходження кожного наступного повідомлення. Можна висловити потік через інтервали часу між цими моментами. Вигляд потоку повідомлень також може бути описаний розподілом тривалостей занять приладів кожним повідомленням, що надходить. Усі потоки, що циркулюють у мережах зв'язку, поділяються на детерміновані, випадкові та змішані. Детермінованими називаються потоки, моменти надходження та обсяги повідомлень яких відомі заздалегідь. До таких потоків відносяться майже всі потоки мовлення (як звукового, так і телевізійного), регулярні передачі різних зведень і т.п. розподілів. До таких потоків належать потоки телефонних повідомлень. Залежно від конкретних умов випадкові потоки можуть бути найрізноманітнішими, проте для більшості практичних випадків можлива апроксимація (опис) тривалостей проміжків між надходженням двох сусідніх повідомлень відомими ймовірнісними законами розподілу, що дозволяють отримати математичну модель потоку. У змішаному потоці є детерміновані, так і випадкові складові.

1.2. КОРДОНИ РОЗВИТКУ ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ І ПОСЛУГ ЗВ'ЯЗКУ

Для того, щоб з'ясувати перспективи розвитку Національної інформаційної інфраструктури України (НДІ) у рамках Глобальної інформаційної інфраструктури, необхідно розуміти, як протікатиме цей процес у світі, у промислово розвинених країнах та в Україні, які нові інфокомунікаційні технології та послуги будуть запропоновані у найближчі роки та десятиліття.

Інформаційна революція стала рушієм прогресу всього суспільства. Давно відомо, що науково-технічні революції (НТР) докорінно змінювали спосіб життя людства та образ світу загалом. Результатом НТР було різке збільшення чисельності населення, на що слід очікувати і в найближчі два століття. Багато вчених, які працюють у галузі прогнозування, вважають, що у XXI-XXII століттях має відбутися три науково-технічні революції: 1 – інформаційна, 2 – біотехнічна, 3 – квантова.

Кожна з названих революцій призведе до різких змін у світі. Інформаційна революція створить ОН, яка стане технічною базою глобального інформаційного суспільства. Біотехнічна революція зніме проблему продовольчого забезпечення населення у світі, а квантова – створить нові ефективні та безпечні джерелаенергії.

Інформаційна революція (кінець XX - початок XXI століття) суттєво змінила вигляд інфо-комунікацій. Основні чинники розвитку інфокомунікацій ХХІ століття – це економіка, технології та послуги.

Похідними від економіки є інфокомунікаційні технології та послуги. У свою чергу, рівень розвитку технологій та послуг залежить від рівня науково-технічного прогресу, а їх впровадження – від рівня економіки та насамперед від платоспроможного попиту населення на ті чи інші інфокомунікаційні послуги.

В історичному розвитку мереж та послуг зв'язку можна виділити п'ять основних рубежів (рис. 1.3). Кожен рубіж має свою логіку розвитку, взаємозв'язок із попередніми та наступними етапами.

Крім того, кожен рубіж залежить від рівня розвитку економіки та національних особливостей окремої держави.

Перший рубіж- Побудова телефонної мережі загального користування (ТФОП, PSTN - Public Switched Telephone Network).Упродовж тривалого часу кожна держава створювала свою національну аналогову телефонну мережу загального користування. Телефонний зв'язок рекомендувався населенню, установам, підприємствам та порівнювався з єдиною послугою- передачею мовних повідомлень. Надалі телефонними мережами за допомогою модемів стала здійснюватися передача даних. Тим не менш, навіть зараз телефон залишається основною послугою зв'язку, яка приносить операторам зв'язку більше 80% прибутку.

Другий рубіж- Цифризація телефонної мережі. Для підвищення якості послуг зв'язку, збільшення їх числа, підвищення рівня автоматизації управління та технологічного обладнання у промислово розвинених країнах у 1970-і роки проводилися роботи з цифровізації первинних та вторинних мереж зв'язку. Було створено інтегральні цифрові мережі IDN (Integral Digital Network),які надають переважно послуги телефонного зв'язку з урахуванням цифрових систем комутації і передачі. На цей час у багатьох країнах цифровізація телефонних мереж практично завершилася.

Третій рубіж- Інтеграція послуг. Цифровізація мереж зв'язку дозволила як підвищити якість послуг, а й перейти до збільшення їх числа з урахуванням інтеграції. Так виникла концепція вузькосмугової цифрової мережі з інтеграцією служб N-ISDN (Narrowband Integrated Srsice Digital Network).Користувачеві (абоненту) цієї мережі надається базовий доступ (2В+D), за яким інформація передається за трьома цифровими каналами: два канали Узі швидкістю передачі 64 кбіт/с та канал D зі швидкістю 16 кбіт/с. Два канали Увикористовуються для передачі мовних повідомлень та даних, канал й- для сигналізації та передачі даних у режимі пакетної комутації. Для користувача з великими потребами може бути наданий первинний доступ, який містить (30 B+D) каналів. Концепція N-ISDN існує близько 20 років, але широкого поширення у світі не набула з кількох причин. По-перше, обладнання N-ISDN досить дороге, щоб стати масовим; по-друге, користувач постійно платить за три цифровий канал; по-третє, перелік послуг /У-/50Л/ перевищує потреби масового користувача. Саме тому інтеграція послуг починає замінюватись концепцією інтелектуальної мережі.

У цей період також отримали розвиток мережі з рухомими системами PLMN ( Public land Mobil Network) та технології послуг мережі передачі даних на основі комутації каналів та пакетів: Х.25, IP (Internet Protocol) , ГР (Frame relay), 1Р-телефонія, електронна пошта та ін.

Четвертий рубіж- інтелектуальна мережа / N (Intelligent Network).Історію цієї мережі прийнято вираховувати з 1980 року, коли компанія Bell System (США) проводила роботи з удосконалення послуги, названої «послуга-800». Ця послуга в основному була призначена для нарахування оплати за міжміські з'єднання абоненту, що викликає, і знайшла широке застосування у сфері обслуговування та торгівлі. З 1993 року IN розвивається у рамках концепції TINA (Telecommunication Information Networking Architecture)підтримки архітектури «клієнт - сервер». Ця мережа призначена для швидкого, ефективного та економічного надання інформаційних послуг масовому користувачеві. Необхідна послуга надається користувачеві тоді й у той час, коли вона потрібна. Відповідно та оплачувати він зобов'язаний надану послугу протягом цього часу. Таким чином, швидкість та ефективність надання послуги забезпечують її економічність, тому що якщо користувач використовуватиме канал зв'язку значно менший термін, це дозволить йому зменшити витрати. У цьому полягає принципова відмінність інтелектуальної мережі від попередніх мереж, саме - у гнучкості та економічності надання послуг.

П'ятий рубіж- широкосмугова B-ISND (Droadband Integratyed Service Digital Network)започаткувала розвиток після 1980 року мультимедійних послуг на базі технології АТМ (- комутації пакетів фіксованої довжини (53 байти): діалоговий, інформаційний та розподільчий пошук. Діалогові служби надають послуги передачі інформації (телефонна служба, служба промови, відеоконференції та інших.). Служби інформаційного пошуку (служби на запити) надають можливість користувачеві отримувати інформацію з різноманітних банків даних. Розподільчі служби, за наявності або відсутності управління наданням інформації з боку користувача, можуть надсилати інформацію від одного загального джерела необмеженому числу абонентів, які мають право на доступ (дані, текст, рухоме та нерухоме зображення, звук, графіка та ін.). У практику ділового спілкування починає входити як конференц-зв'язок, а й відеоконференція, дозволяють обмінюватися інформацією, не витрачаючи часу й грошей поїздки.

У свою чергу зниження витрат індивідуального користувача на нові послуги має збільшити попит на них, тобто призвести до збільшення прибутку постачальників послуг. Відповідне зростання попиту на послуги призведе до збільшення постачання необхідного обладнання, що спричинить збільшення прибутку постачальників обладнання. Таким чином, гнучкість надання послуг із застосуванням сучасних технологій призводить до поєднання економічних інтересів трьох сторін: користувачів, постачальників послуг та постачальників обладнання.

Контрольні питання

1. Вкажіть особливості розвитку техніки зв'язку на етапі.

2. У чому полягає інтеграція зв'язку?

3. Охарактеризуйте багатофункціональні кінцеві пристрої.

4. Дайте визначення Глобальної інформаційної інфраструктури.

5. Що необхідно для реалізації концепції Глобальної інформаційної інфраструктури?

6. Які атрибути (характеристики) необхідно враховувати під час створення стандарту Глобальної інформаційної інфраструктури?

7. Поясніть принципи та мету Глобальної інформаційної інфраструктури.

8. Вкажіть основні характеристики Глобальної інформаційної інфраструктури.

9. Перерахуйте особливості побудови інформаційної мережі.

10. Поясніть структуру інформаційної мережі.

11. Дайте характеристику ресурсів інформаційної мережі.

12. Як поділяються телекомунікаційні системи залежно від виду зв'язку?

13. Які показники телекомунікаційної мережі характеризують її ефективність під час передачі?

14. Дайте визначення понять протоколу та інтерфейсу в інформаційних мережах.

15. Що таке надійність мережі?

16. Поясніть поняття живучості зв'язку; перерахуйте чинники, яких вона залежить.

17. Охарактеризуйте пропускну спроможність телекомунікаційної мережі.

18. Що таке виклик?

19. Що мається на увазі у телекомунікаційній мережі під поняттям повідомлення?

20. Якими параметрами визначається обсяг інформації?

21. Назвіть одиниці вимірювання телефонного навантаження та його інтенсивність.

22. Що таке потік повідомлень? Наведіть приклад.

23. Яка інформація називається корисною? Назвіть інші її види.

24. Чим характеризується потік повідомлень?

25. Назвіть та дайте характеристику потокам, що циркулюють у мережах зв'язку.

26. Як називаються інформаційні потоки, якщо момент надходження та обсяг повідомлень наперед відомі? Наведіть приклад.

27. Що означає поняття «тяжіння» у мережі зв'язку?

28. Дайте характеристику ЄНССУ, НДІ України, Глобальної інформаційної інфраструктури.

29. Поясніть основні рубежі розвитку мереж та послуг зв'язку.

30. Які особливості широкосмугової мережі B-ISDN?

1. Принципи побудови бездротових телекомунікаційних систем

1.1 Архітектура стільникових систем зв'язку.

1.2 Обслуговування абонента мережею.

1.3 Методи поділу абонентів у стільникового зв'язку

1.4 Стандарт DECT для зв'язку.

1.5 Стандарти Bluetooth, Wi-Fi (802.11, 802.16).

2. Системи складних сигналів телекомунікаційних систем.

2.1 Спектри сигналів

2.2 Кореляційні властивості сигналів

2.3 Типи складних сигналів

2.4 Похідні системи сигналів

3. Модуляція складних сигналів

3.1 Геометричне уявлення сигналів

3.2. Методи фазової маніпуляції сигналів (ФМ2, ФМ4, ОФМ).

3.3 Модуляція з мінімальним зсувом частот.

3.4 Квадратурна модуляція та її характеристики (QPSK, QAM).

3.5 Реалізація квадратурних модемів.

4. Характеристики прийому сигналів у телекомунікаційних системах.

4.1 Можливість помилок розрізнення М відомих сигналів

4.2 Можливість помилок розрізнення М флуктуючих сигналів.

4.3 Розрахунок помилок розрізнення М сигналів із невідомими

неенергетичними параметрами.

4.4 Порівняння синхронних та асинхронних систем зв'язку.

5. Висновок.

6. Список літератури

1. Принципи побудови бездротових телекомунікаційних систем

1.1 Архітектура стільникових систем зв'язку

Система стільникового зв'язку - це складна та гнучка технічна система, що допускає велику різноманітність, як за варіантами конфігурацій, так і за набором функцій, що виконуються. Прикладом складності та гнучкості системи є те, що вона може забезпечувати передачу як мови, так і інших видів інформації, зокрема текстових повідомлень та комп'ютерних даних. У частині передачі мови, у свою чергу, може бути реалізований звичайний двосторонній телефонний зв'язок, багатосторонній телефонний зв'язок (так званий конференц-зв'язок – за участю у розмові більше двох абонентів одночасно), голосова пошта. При організації звичайної двосторонньої розмови, що починається з дзвінка, можливі режими автодозвону, очікування дзвінка, переадресації дзвінка.

Система стільникового зв'язку будується у вигляді сукупності осередків, або сот, що покривають територію, що обслуговується, наприклад, територію міста з передмістями. Осередки зазвичай схематично зображують у вигляді правильних рівновеликих шестикутників (рис. 1.1.), що за схожістю з бджолиними стільниками і стало приводом назвати систему стільникової. Коміркова, або стільникова структура системи безпосередньо пов'язана з принципом повторного використання частот - основним принципом стільникової системи, що визначає ефективне використання виділеного частотного діапазону і високу ємність системи.

Рис. 1.1. Осередки (стільники) системи, що покривають всю територію, що обслуговується.

У центрі кожного осередку знаходиться базова станція, яка обслуговує всі рухомі станції (абонентські радіотелефонні апарати) у межах свого осередку (рис. 1.2.). При переміщенні абонента з одного осередку до іншого відбувається передача його обслуговування від одного базової станціїдо іншого. Всі базові станції системи, у свою чергу, замикаються на центр комутації, з якого є вихід у взаємопов'язану мережу зв'язку (ВСС) Росії, зокрема, якщо справа відбувається в місті, - вихід у звичайну міську мережу проводового телефонного зв'язку.

Рис. 1.2. Один осередок з базовою станцією в центрі, що обслуговує всі рухомі станції в осередку.

На рис. 1.3. наведено функціональну схему, що відповідає описаній структурі.

Рис. 1.3. Спрощена функціональна схема системи стільникового зв'язку: БС – базова станція; ПС – рухома станція (абонентський радіотелефонний апарат).

Насправді осередки ніколи не бувають суворої геометричної форми. Реальні межі осередків мають вигляд неправильних кривих, що залежать від умов поширення та згасання радіохвиль, тобто. від рельєфу місцевості, характеру та щільності рослинності та забудови тощо. Більше того, межі осередків взагалі не є чітко визначеними, оскільки межа передачі обслуговування рухомий станції з одного осередку в іншу може в деяких межах зміщуватися зі зміною умов поширення радіохвиль і в залежності від напрямку руху рухомої станції. Так само і положення базової станції лише приблизно збігається з центром осередку, який до того ж не так просто визначити однозначно, якщо осередок має неправильну форму. Якщо ж базових станціях використовуються спрямовані (не ізотропні в горизонтальній площині) антени, то базові станції фактично виявляються межах осередків. Далі система стільникового зв'язку може включати більше одного центру комутації, що може бути обумовлено еволюцією розвитку системи або обмеженістю ємності комутатора. Можлива, наприклад, структура системи типу, показаної на рис. 1.4. – з кількома центрами комутації, один із яких умовно можна назвати «головним» чи «провідним».

Рис. 1.4. Система стільникового зв'язку із двома центрами комутації.

Розглянемо рухливу станцію – найбільш простий за функціональним призначенням та пристроєм елемент системи стільникового зв'язку, до того ж це єдиний елемент системи, який реально доступний користувачеві.

Блок-схема рухомої станції наведено на рис. 1.5. До її складу входять:

Блок керування;

Приймальний блок;

Антенний блок.

Рис. 1.5. Блок-схема рухомої станції (абонентського радіотелефонного апарату).

Приймальний блок, у свою чергу, включає передавач, приймач, синтезатор частот і логічний блок.

Найбільш простий за складом антенний блок: він включає власне антену та комутатор прийом-передача. Останній для цифрової станції може являти собою електронний комутатор, що підключає антену або вихід передавача, або на вхід приймача, оскільки рухома станція цифрової системи ніколи не працює на прийом і передачу одночасно.

Блок управління включає мікротелефонну трубку – мікрофон та динамік, клавіатуру та дисплей. Клавіатура (набірне поле з цифровими та функціональними клавішами) служить для набору номера телефону абонента, що викликається, а також команд, що визначають режим роботи рухомої станції. Дисплей служить для відображення різної інформації, що передбачає пристрій та режим роботи станції.

Приймальний блок значно складніше.

До складу передавача входять:

Аналого-цифровий перетворювач (АЦП) – перетворює на цифрову форму сигнал з виходу мікрофона, і вся подальша обробка та передача сигналу мови виробляються в цифровій формі, аж до зворотного цифро-аналогового перетворення;

Кодер промови здійснює кодування сигналу промови – перетворення сигналу, має цифрову форму, за певними законами із скорочення його надмірності, тобто. з метою скорочення обсягу інформації, що передається каналом зв'язку;

Кодер каналу – додає цифровий сигнал, одержуваний з виходу кодера мови, додаткову (надлишкову) інформацію, призначену для захисту від помилок при передачі сигналу по лінії зв'язку; з тією ж метою інформація піддається певному перепакуванню (перемноженню); крім того, кодер каналу вводить до складу сигналу, що передається інформацію управління, що надходить від логічного блоку;

Модулятор – здійснює перенесення інформації кодованого відео на несучу частоту.

Приймач за складом в основному відповідає передавачу, але зі зворотними функціями блоків, що входять до нього:

Демодулятор виділяє з модульованого радіосигналу кодований відеосигнал, що несе інформацію;

Декодер каналу виділяє з вхідного потоку керуючу інформацію та спрямовує її на логічний блок; прийнята інформаціяперевіряється на наявність помилок і виділені помилки по можливості виправляються; до подальшої обробки прийнята інформація піддається зворотній (стосовно кодера) переупаковке;

Декодер мови відновлює надходить з декодера каналу сигнал мови, переводячи їх у природну форму, з властивою йому надмірністю, але у цифровому вигляді;

Цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП) перетворює прийнятий сигнал промови в аналогову форму і подає його на вихід динаміка;

Еквалайзер служить для часткової компенсації спотворень сигналу внаслідок багатопроменевого розповсюдження; по суті, він є адаптивним фільтром, що налаштовується за навчальною послідовністю символів, що входить до складу інформації, що передається; блок еквалайзера не є, взагалі кажучи, функціонально необхідним і в деяких випадках може бути відсутнім.

Для поєднання кодера і декодера іноді використовують найменування кодек.

Крім передавача і приймача, прийомопередавальний блок входять логічний блок і синтезатор частот. Логічний блок - це, по суті, мікрокомп'ютер зі своєю оперативною та постійною пам'яттю, що здійснює управління роботою рухомої станції. Синтезатор є джерелом коливань несучої частоти, що використовується передачі інформації по радіоканалу. Наявність гетеродина та перетворювача частоти обумовлено тим, що для передачі та прийому використовуються різні ділянки спектра.

Блок-схема базової станції наведена на рис. 1.6.

Рис. 1.6. Блок-схема базової станції

Наявність кількох приймачів і такої кількості передавачів дозволяє вести одночасну роботу кількох каналах з різними частотами.

Однойменні приймачі і передавачі мають загальні опорні генератори, що перебудовуються, що забезпечують їх узгоджену перебудову при переході з одного каналу на інший. Для забезпечення одночасної роботи N приймачів на одну приймальну та N передавачів на одну передавальну антену між приймальною антеною та приймачами встановлюється дільник потужності на N виходів, а між передавачами та передавальною антеною – суматор потужності на N входів.

Приймач і передавач мають ту саму структуру, що і в рухомій станції, за винятком того, що тут відсутні ЦАП і АЦП, оскільки і вхідний сигнал передавача, і вихідний сигнал приймача мають цифрову форму.

Блок сполучення з лінією зв'язку здійснює упаковку інформації, що передається по лінії зв'язку на центр комутації, та розпакування інформації, що приймається від нього.

Контролер базової станції, що є досить потужний і досконалий комп'ютер, забезпечує управління роботою станції, і навіть контроль працездатності всіх блоків і вузлів, що входять до неї.

Центр комутації є мозковим центром і водночас диспетчерським пунктом системи стільникового зв'язку, який замикаються потоки інформації з усіх базових станцій і через який здійснюється вихід інші мережі зв'язку – стаціонарну телефонну мережу, мережі міжміського зв'язку, супутникового зв'язку, інші стільникові мережі.

Блок-схему центру комутації представлено на рис. 1.7. Комутатор здійснює перемикання потоків інформації між відповідними лініями зв'язку. Він може зокрема направити потік інформації від однієї базової станції до іншої, або від базової станції до стаціонарної мережі зв'язку, або навпаки.

Комутатор підключається до ліній зв'язку через відповідні контролери зв'язку, що здійснюють проміжну обробку (упаковку/розпаковування, буферне зберігання) потоків інформації. Загальне управління роботою центру комутації та системи загалом виробляється від центрального контролера, який має потужне математичне забезпечення. Робота центру комутації передбачає активну участь операторів, тому до складу центру входять відповідні термінали, а також засоби відображення та реєстрації (документування) інформації. Оператором вводяться дані про абонентів та умови їх обслуговування, вихідні дані щодо режимів роботи системи.

Рис. 1.7. Блок-схема центру комутації.

p align="justify"> Важливими елементами системи є бази даних - домашній регістр, гостьовий регістр, центр аутентифікації, регістр апаратури. Домашній регістр містить відомості про всіх абонентів, зареєстрованих у цій системі, та про види послуг, які можуть бути їм надані. Тут же фіксується розташування абонента для організації його виклику, і реєструються фактично надані послуги. Гостьовий регістр містить приблизно таку ж інформацію про абонентів – гостей (роумерах), тобто. про абонентів, зареєстрованих в іншій системі, але користуються в даний час послугами стільникового зв'язку в цій системі. Центр аутентифікації забезпечує процедури аутентифікації абонентів та шифрування повідомлень. Регістр апаратури, якщо він існує, містить відомості про рухомі станції, що експлуатуються, на предмет їх справності та санкціонованого використання.

1.2 Обслуговування абонента мережею

Інтерфейс – система сигналів, з яких пристрої системи стільникового зв'язку з'єднуються друг з одним. У кожному стандарті стільникового зв'язку використовується кілька інтерфейсів (різних у різних стандартах).

З усіх інтерфейсів, що використовуються в стільниковому зв'язку, один займає особливе місце - це інтерфейс обміну між рухомою та базовою станціями. Він має назву ефірного інтерфейсу. Ефірний інтерфейс обов'язково використовується в будь-якій системі стільникового зв'язку, при будь-якій її конфігурації та в єдиному можливому для свого стандарту стільникового зв'язку варіанті.

Ефірний інтерфейс системи D-AMPS стандарту IS-54 відрізняється порівняльною простотою (рис. 1.8).

Канал трафіку – це канал передачі промови чи даних. Передача інформації в каналі трафіку організується наступними один за одним кадрами тривалістю 40 мс. Кожен кадр складається із шести тимчасових інтервалів – слотів; тривалість слота (6.67 мс) відповідає 324 біт. При полноскоростном кодуванні однією мовний канал у кожному кадрі приділяється два слота, тобто. 20-мілісекундний сегмент мовлення упаковується в один слот, тривалість якого втричі менша. При напівшвидкісному кодуванні однією мовної канал приділяється один слот у кадрі, тобто. Упаковка сигналу мови виявляється вдвічі більш щільною, ніж при повношвидкісному кодуванні.

Рис.1.8. Структура кадру та слота системи D-AMPS (канал трафіку; стандарт IS-54): Data – інформація мови; Sync(Sc) – синхронізуюча (навчальна) послідовність; SACCH - інформація повільного поєднання каналу управління; CDVCC(CC) – кодований цифровий код підтвердження кольору; G – захисний бланк; R – інтервал фронту імпульсу передавача; V, W, X, Y – шістнадцяткові нулі; Res – резерв.

Слот має дещо різну структуру у прямому каналі трафіку – від базової станції до рухомої та у зворотному каналі трафіку – від рухомої станції до базової. В обох випадках на передачу мови приділяється 260 біт. Ще 52 біти займає керуюча та допоміжна інформація. Вона включає: 28-бітову навчальну послідовність, що використовується для ідентифікації слота в межах кадру, синхронізації слота в часі та налаштування еквалайзера; 12-бітове повідомлення сигналізації (контролю та управління) каналу SACCH; 12-бітове поле кодованого цифрового коду забарвлення (CDVCC), що служить для ідентифікації рухомий станції при прийомі її сигналу базовою станцією (код призначається базовою станцією індивідуально для кожного каналу, тобто для кожної рухомої станції та ретранслюється останньою назад на базову).

12 бітів, що залишилися, в прямому каналі не використовуються (резерв), а в зворотному каналі виконують функцію захисного інтервалу, протягом якого не передається ніякої корисної інформації.

На початковому етапі встановлення зв'язку використовується укорочений слот, в якому багаторазово повторюються синхронізуюча послідовність і CDVCC, що розділяються нульовими числами різної довжини. Наприкінці укороченого слота є додатковий захисний бланк. Рухлива станція передає укорочені слоти до тих пір, поки базова станція не вибере необхідну тимчасову затримку, яка визначається видаленням рухомої станції від базової.

Існують кілька каналів зв'язку: частотні, фізичні та логічні.

Частотний канал – це смуга частот, що відводиться передачі інформації одного каналу зв'язку. В одному частотному каналі можуть розміщуватися кілька фізичних, наприклад, методі TDMA.

Фізичний канал у системі з множинним доступом на основі тимчасового поділу (TDMA) – це тимчасовий слот із певним номером у послідовності кадрів ефірного інтерфейсу.

Логічні канали поділяють на вигляд інформації, що передається у фізичному каналі на канал трафіку і канал управління. По каналу управління передається сигнальна інформація, що включає інформацію управління та інформацію контролю стану апаратури, а каналом трафіку передаються мова і дані.

(Трафік - це сукупність повідомлень, що передаються лінією зв'язку).

Розглянемо роботу рухомий станції не більше однієї осередку своєї («домашньої») системи, без передачі обслуговування. У цьому випадку в роботі рухомої станції можна виділити чотири етапи, яким відповідають чотири режими роботи:

Включення та ініціалізація;

Режим очікування;

Режим встановлення зв'язку (дзвінка);

Режим ведення зв'язку (телефонної розмови).

Після включення рухомий станції проводиться ініціалізація – початковий запуск. Протягом цього етапу відбувається налаштування рухомої станції на роботу у складі системи – за сигналами, які регулярно передаються базовими станціями по відповідних каналах управління, після чого рухома станція переходить у режим очікування.

Перебуваючи в режимі очікування, рухома станція відстежує:

Зміни інформації системи – ці зміни можуть бути пов'язані як із змінами режиму роботи системи, так і з переміщеннями рухомої станції;

Команди системи – наприклад, команду підтвердити свою працездатність;

отримання виклику з боку системи;

Ініціалізацію дзвінка з боку власного абонента.

Крім того, рухома станція може періодично, наприклад, раз на 10...15 хвилин, підтверджувати свою працездатність, передаючи відповідні сигнали на базову станцію. У центрі комутації кожної з включених рухомих станцій фіксується осередок, у якому вона «зареєстрована», що полегшує організацію процедури виклику рухомого абонента.

Якщо з боку системи надходить виклик номера рухомого абонента, центр комутації спрямовує цей виклик на базову станцію того осередку, в якій «зареєстрована» рухома станція, або на кілька базових станцій на околиці цього осередку – з урахуванням можливого переміщення абонента за час, що минув з моменту останньої «реєстрації», а базові станції передають його відповідними каналами виклику. Рухома станція, яка перебуває в режимі очікування, отримує виклик і відповідає на нього через свою базову станцію, передаючи одночасно дані, необхідні для проведення процедури автентифікації. При позитивному результаті аутентифікації призначається канал трафіку і рухомий станції повідомляється номер відповідного частотного каналу. Рухлива станція налаштовується на виділений канал разом із базової станцією виконує необхідні кроки з підготовки сеансу зв'язку. На цьому етапі рухома станція налаштовується на заданий номер слота в кадрі, уточнює затримку в часі, підлаштовує рівень потужності, що випромінюється, і т.п. Вибір тимчасової затримки проводиться з метою тимчасового узгодження слотів у кадрі при організації зв'язку з рухомими станціями, що знаходяться на різних дальностях від базової. При цьому тимчасова затримка рухомої станції, що передається, пачки регулюється за командами базової станції.

Потім базова станція видає повідомлення про подачу сигналу виклику (дзвінка), яке підтверджується рухомою станцією, і абонент отримує можливість почути сигнал виклику. Коли абонент відповідає на виклик, рухома станція видає запит на завершення з'єднання. З завершенням з'єднання починається сеанс зв'язку.

У процесі розмови рухома станція виробляє обробку сигналів мови, що передаються і приймаються, а також передаються одночасно з мовою сигналів управління. Після закінчення розмови відбувається обмін службовими повідомленнями між рухомою та базовою станцією, після чого передавач рухомий станції вимикається та станція переходить у режим очікування.

Якщо виклик ініціюється із боку рухомий станції, тобто. абонент набирає номер абонента, що викликається, і натискає кнопку «виклик» на панелі управління, то рухома станція передає через свою базову станцію повідомлення із зазначенням викликаного номера та даними для аутентифікації рухомого абонента. Після аутентифікації базова станція призначає канал трафіку, і наступні кроки щодо підготовки сеансу зв'язку такі самі, як і при надходженні виклику з боку системи.

Потім базова станція повідомляє центр комутації про готовність рухомий станції, центр комутації передає виклик у мережу, а абонент рухомий станції отримує можливість чути сигнали «виклик» чи «зайнято». З'єднання завершується на стороні мережі.

При кожному встановленні зв'язку виконуються процедури автентифікації та ідентифікації.

Аутентифікація – процедура підтвердження справжності (дійсності, законності, наявності прав користування послугами стільникового зв'язку) абонента системи рухомого зв'язку. Необхідність запровадження цієї процедури викликана неминучою спокусою отримання несанкціонованого доступу до послуг стільникового зв'язку.

Ідентифікація – процедура встановлення належності рухомий станції до однієї з груп, які мають певні властивості або ознаки. Ця процедура використовується для виявлення втрачених, вкрадених чи несправних апаратів.

Ідея процедури аутентифікації в цифровій системі стільникового зв'язку полягає в шифруванні деяких паролів-ідентифікаторів з використанням квазівипадкових чисел, що періодично передаються на рухому станцію з центру комутації, та індивідуального для кожної рухомої станції алгоритму шифрування. Таке шифрування, з використанням одних і тих же вихідних даних і алгоритмів, проводиться як на рухомій станції, так і в центрі комутації, і автентифікація вважається успішною успішно, якщо обидва результати збігаються.

Процедура ідентифікації полягає у порівнянні ідентифікатора абонентського апарату з номерами, що містяться у відповідних «чорних списках» регістру апаратури, з метою вилучення з обігу вкрадених та технічно несправних апаратів. Ідентифікатор апарата робиться таким, щоб його зміна або підробка були важкими та економічно невигідними.

При переміщенні рухомої станції з одного осередку до іншого її обслуговування передається від базової станції першого осередку до базової станції другої (рис. 1.9.). Цей процес називається передачею обслуговування. Він має місце лише тоді, коли рухома станція перетинає кордон осередків під час сеансу зв'язку і зв'язок при цьому не переривається. Якщо ж рухома станція перебуває в режимі очікування, вона просто відстежує ці переміщення за інформацією системи, що передається каналом управління, і в потрібний момент перебудовується на сильніший сигнал іншої базової станції.

Рис. 1.9. Передача обслуговування з комірки А до комірки Б при перетині рухомою станцією кордону коміркою.

Необхідність передачі обслуговування виникає, коли якість каналу зв'язку, що оцінюється за рівнем сигналу і/або частоті бітової помилки, падає нижче допустимої межі. У стандарті D-AMPS рухома станція вимірює ці характеристики тільки для робочого осередку, але при погіршенні якості зв'язку вона повідомляє про це через базову станцію на центр комутації, і по команді останнього аналогічні вимірювання виконуються рухомими станціями в сусідніх осередках. За результатами цих вимірювань центр комутації вибирає комірку, в яку має бути передано обслуговування.

Обслуговування передається з комірки з найгіршою якістю каналу зв'язку в комірку з кращою якістю, причому зазначена відмінність має бути не меншою за певну задану величину. Якщо не вимагати виконання цієї умови, то, наприклад, при переміщенні рухомої станції приблизно вздовж кордону осередків, можлива багаторазова передача обслуговування з першого осередку в другий і назад, що призводить до завантаження системи безглуздою роботою і зниження якості зв'язку.

Прийнявши рішення про передачу обслуговування, і вибравши новий осередок, центр комутації повідомляє про це базової станції нового осередку, а рухомий станції через базову станцію старої осередки видає необхідні команди із зазначенням нового частотного каналу, номера робочого слота і т.п. Рухлива станція перебудовується на новий канал і налаштовується на спільну роботу з новою базовою станцією, виконуючи приблизно ті кроки, що і при підготовці сеансу зв'язку, після чого зв'язок триває через базову станцію нового осередку. При цьому перерва в телефонній розмові не перевищує частку секунди і залишається непомітною для абонента.

Система стільникового зв'язку може виконувати функцію роумінгу – це процедура надання послуг стільникового зв'язку абоненту одного оператора в системі іншого оператора.

Ідеалізована та спрощена схема організації роумінгу така: абонент стільникового зв'язку, який опинився на території «чужої» системи, що допускає реалізацію роумінгу, ініціює виклик так, ніби він знаходився на території «своєї» системи. Центр комутації, переконавшись, що у його домашньому регістрі цей абонент немає, сприймає його як роумера і заносить у гостьовий регістр. Одночасно він запитує в домашньому регістрі «рідної» системи роумера відомості, необхідні для організації обслуговування, і повідомляє, в якій системі роумер знаходиться в даний час; остання інформація фіксується у домашньому регістрі «рідної» системи роумера. Після цього роумер користується стільниковим зв'язком як удома.

1.3 Методи поділу абонентів у стільниковому зв'язку

Ресурс зв'язку представляє час і ширину смуги, доступні передачі сигналу у певній системі. Для створення ефективної системи зв'язку необхідно спланувати розподіл ресурсу між користувачами системи, щоб час/частота використовувалися максимально ефективно. Результатом такого планування має бути рівноправний доступ користувачів до ресурсу. Існує три основні методи поділу абонентів у системі зв'язку.

1. Частотний поділ. Розподіляються певні піддіапазони смуги частоти, що використовується.

2. Тимчасовий поділ. Абонентам виділяються періодичні часові інтервали. У деяких системах надається обмежений час для зв'язку. В інших випадках час доступу користувачів до ресурсу визначається динамічно.

3. Кодовий поділ. Виділяються певні елементи набору ортогонально (чи майже ортогонально) розподілених спектральних кодів, кожен із яких використовує весь діапазон частот.

При частотному розподілі (FDMA) ресурс зв'язку розподіляється згідно з рис. 1.10. Тут розподіл сигналів або користувачів діапазону частот є довгостроковим чи постійним. Ресурс зв'язку може одночасно містити кілька сигналів, що рознесені в спектрі.

Первинний частотний діапазон містить сигнали, які використовують проміжок частот між f 0 і f 1 другий - між f 2 і f 3 і т.д. Області спектра, що знаходяться між діапазонами, що використовуються, називаються захисними смугами частот. Захисні смуги виконують роль буфера, що дозволяє знизити інтерференцію між сусідніми (частотою) каналами.

Рис. 1.10. Ущільнення із частотним поділом.

Щоб немодульований сигнал використовував вищий діапазон частот, його перетворюють за допомогою накладання або змішування (модуляції) цього сигналу та синусоїдального сигналу фіксованої частоти.

При тимчасовому поділі (TDMA) ресурс зв'язку розподілений шляхом надання кожному з M сигналів (користувачів) всього спектра протягом невеликого відрізка часу, що називається часовим інтервалом (рис. 1.11). Проміжки часу, що розділяють інтервали, що використовуються, називаються захисними інтервалами.

Захисний інтервал створює деяку тимчасову невизначеність між сусідніми сигналами і виступає в ролі буфера, тим самим знижуючи інтерференцію. Зазвичай час розбито на інтервали, які називають кадрами. Кожен кадр поділяється на часові інтервали, які можуть бути розподілені між користувачами. Загальна структуракадрів періодично повторюється, отже передача даних за схемою TDMA – це чи більше часових інтервалів, які періодично повторюються протягом кожного кадру.

Рис. 1.11. Ущільнення з тимчасовим розподілом.

Множинний доступ із кодовим поділом (CDMA) є практичним додатком методів розширення спектру, які можна розділити на дві основні категорії: розширення спектра методом прямої послідовності та розширення спектра методом стрибкоподібної перебудови частоти.

Розглянемо розширення спектра методом прямої послідовності. Метод розширення спектра отримав свою назву завдяки тому, що смуга, яка використовується для передачі сигналу, набагато ширша за мінімальну, необхідну для передачі даних. Отже, N користувачів отримують індивідуальний код g i (t), де i = 1,2, ..., N. Коди є приблизно ортогональні.

Блок-схему стандартної системи CDMA наведено на рис. 1.12.

Рис. 1.12. Множинний доступ із кодовим поділом.

Перший блок схеми відповідає модуляції даними несучої хвилі Acos 0 t. Вихід модулятора, що належить користувачеві з групи 1, можна записати в наступному вигляді: s 1 (t) = A 1 (t) cos (ω 0 t + φ 1 (t)).

Вигляд отриманого сигналу може бути довільним. Модульований сигнал множиться на розширює сигнал g 1 (t), закріплений за групою 1; результат g 1 (t) s 1 (t) передається каналом. Аналогічним чином користувачів груп від 2 до N береться добуток кодової функції і сигналу. Досить часто доступ до коду обмежений певною групою користувачів. Результуючий сигнал у каналі є лінійною комбінацією всіх сигналів, що передаються. Нехтуючи затримками передачі сигналів, зазначену лінійну комбінацію можна записати наступним чином: g 1 (t) s 1 (t) + g 2 (t) s 2 (t) + ... + g N (t) s N (t).

Множення s 1 (t) та g 1 (t) дає в результаті функцію, спектр якої є згорткою спектрів s 1 (t) та g 1 (t). Оскільки сигнал s 1 (t) можна вважати вузькосмуговим (порівняно з g 1 (t)), смуги g 1 (t) s 1 (t) і g 1 (t) можна вважати приблизно рівними. Розглянемо приймач, налаштований отримання повідомлень від групи користувачів 1. Припустимо, що отриманий сигнал і код g 1 (t), згенерований приймачем, повністю синхронізовані між собою. Першим кроком приймача буде множення отриманого сигналу g 1 (t). В результаті буде отримана функція g 1 2 (t) s 1 (t) і набір побічних сигналів g 1 (t) g 2 (t) s 2 (t) + g 1 (t) g 3 (t) s 3 (t )+…+ g 1 (t) g N (t) s N (t). Якщо кодові функції g i (t) взаємно ортогональні, отриманий сигнал може бути ідеально вилучений за відсутності шумів, т.к.

.

Побічні сигнали легко відсіваються системою, оскільки

.

Основними перевагами CDMA є конфіденційність та завадостійкість.

1. Конфіденційність. Якщо код групи користувачів відомий лише дозволеним членам цієї групи, CDMA забезпечує конфіденційність зв'язку, оскільки несанкціоновані особи, які не мають коду, не можуть отримати доступ до інформації, що передається.

2. Завадостійкість. Модуляція сигналу послідовністю під час передачі вимагає його повторної модуляції тієї ж послідовністю прийому (що еквівалентно демодуляції сигналу), у результаті відновлюється вихідний вузькосмуговий сигнал. Якщо перешкода вузькосмугова, то демодулирующая пряма послідовність прийому впливає неї як модулирующая, тобто. «розмазує» її спектр по широкій смузі W ss , внаслідок чого у вузьку смугу сигналу W s потрапляє лише 1/G частина потужності перешкоди, так що вузькосмугова перешкода буде ослаблена у G разів, де G=W ss /W s (W ss - Смуга розширеного спектру, W s - Вихідний спектр). Якщо ж перешкода широкосмугова - зі смугою порядку W ss або ширше, то демодуляція не змінить ширини її спектру, і в смугу сигналу перешкода потрапить ослабленою в стільки разів, скільки її смуга ширша за смугу W s вихідного сигналу.

1.4 Стандарт DECT для зв'язку

Системи та пристрої DECT поширені більш ніж у 30 країнах на всіх континентах планети. Фактично DECT – це набір специфікацій, що визначають радіоінтерфейси різних видівмереж зв'язку та обладнання. DECT поєднує вимоги, протоколи та повідомлення, що забезпечують взаємодію мереж зв'язку та кінцевого обладнання. Організація самих мереж та влаштування обладнання до стандарту не входять. Найважливіше завдання DECT – забезпечити сумісність обладнання різних виробників.

Спочатку DECT був орієнтований на телефонію - радіоподовжувачі, бездротові установчі АТС, надання радіодоступу до телефонних мереж загального користування. Але стандарт виявився настільки вдалим, що його почали використовувати в системах передачі даних, бездротового абонентського доступу до мереж зв'язку загального користування. DECT знайшов застосування у додатках мультимедіа та домашніх радіомережах, для доступу до Інтернету та факсимільного зв'язку.

Що ж є радіоінтерфейс DECT? У діапазоні шириною 20 МГц (1880 – 1900 МГц) виділено 10 несучих частот із інтервалом 1,728 МГц. У DECT використовується технологія доступу з тимчасовим поділом каналів – TDMA. Тимчасовий спектр поділено окремі кадри по 10мс (рис. 1.13.). Кожен кадр розбитий на 24 тимчасові слоти: 12 слотів для прийому (з точки зору терміналу, що носиться) і 12 – для передачі. Таким чином, на кожній із 10 несучих частот формується 12 дуплексних каналів – всього 120. Дуплекс забезпечується тимчасовим поділом (з інтервалом 5 мс) прийому/передачі. Для синхронізації застосовується 32-бітна послідовність "101010 ...". У DECT передбачено стиснення мови відповідно до технології адаптивної диференціальної імпульсно-кодової модуляції зі швидкістю 32 Кбіт/с. Тому інформаційна частина кожного слота – 320 біт. При передачі даних можливе поєднання тимчасових слотів. У радіотракті використано гаусову частотну модуляцію.

Базові станції (БС) та абонентські термінали (АТ) DECT постійно сканують усі доступні канали (до 120). При цьому вимірюється потужність сигналу на кожному каналі, яка заноситься до списку RSSI. Якщо канал зайнятий або зашумлений, показник RSSI для нього високий. БС вибирає канал із найнижчим значенням RSSI для постійної передачі службової інформації про виклики абонентів, ідентифікатор станції, можливості системи тощо. Ця інформація відіграє роль опорних сигналів для АТ – за ними абонентські пристрої визначають, чи є право доступу до тієї чи іншої БС, чи вона надає необхідні абоненту послуги, чи є в системі вільна ємність і вибирають БС з найбільш якісним сигналом.

У DECT канал зв'язку завжди визначає АТ. При запиті з'єднання від БС (вхідне з'єднання) АТ отримує повідомлення та вибирає радіоканал. Службова інформація передається базовою станцією та аналізується абонентським терміналом постійно, отже, АТ завжди синхронізується з найближчою з доступних БС. При встановленні нового з'єднання АТ вибирає канал із найнижчим значенням RSSI – це гарантує, що нове з'єднання відбувається на «чистому» каналі з доступних. Ця процедура динамічного розподілу каналів дозволяє позбутися частотного планування – найважливіша властивість DECT.

Рис. 1.13. Спектр DECT.

Оскільки АТ постійно, навіть за встановленому з'єднанні, аналізує доступні канали, може відбуватися їхнє динамічне перемикання під час сеансу зв'язку. Таке перемикання можливе як на інший канал тієї ж БС, так і на іншу БС. Ця процедура називається "хендовер". При хендовері АТ встановлює нове з'єднання, і якийсь час зв'язок підтримується обома каналами. Потім вибирається найкращий. Автоматичне перемиканняміж каналами різних БС відбувається практично непомітно для користувача та повністю ініціюється АТ.

Істотно, що в радіотракт апаратури DECT потужність сигналу дуже мала - від 10 до 250 мВт. Причому 10 мВт – практично номінальна потужність для мікростільникових систем з радіусом стільники 30 – 50 м усередині будівлі та до 300 – 400 м на відкритому просторі. Передавачі потужністю до 250 мВт використовують для радіопокриття великих територій (до 5 км).

При потужності 10 мВт можна розташовувати базові станції на відстані 25 м. В результаті досягається рекордна щільність одночасних з'єднань (близько 100 тис. абонентів) за умови розташування БС за схемою шестикутника в одній площині (на одному поверсі).

Для захисту від несанкціонованого доступу до системах DECTвикористовується процедура аутентифікації БС та АТ. АТ реєструється у системі чи окремих базових станціях, яких має допуск. При кожному з'єднанні відбувається аутентифікація: БС надсилає АТ «запит» - випадкове число (64 біт). АТ та БС на підставі цього числа та ключа аутентифікації за заданим алгоритмом обчислюють аутентифікаційну відповідь (32 біт), яку АТ передає на БС. БС порівнює обчислену відповідь із прийнятим і при їх збігу дозволяє підключення АТ. У DECT існує стандартний автентифікаційний алгоритм DSAA.

Зазвичай, ключ аутентифікації обчислюється виходячи з абонентського аутентифікаційного ключа UAK довжиною 128 біт чи автентифікаційного коду AC (16 – 32 біт). UAK зберігається у ПЗУ АТ чи картці DAM – аналогу SIM-карти. AC можна вручну записати в ПЗУ АТ або вводити при аутентифікації. Спільно з UAK застосовують і персональний ідентифікатор користувача UPI довжиною 16-32 біти, що вводиться лише вручну. Крім того, несанкціонований знімання інформації в системах з TDMA вкрай складний і доступний лише фахівцям.

1.5 Стандарти Bluetooth , Wi - Fi (802.11, 802.16)

Специфікація Bluetooth описує пакетний спосіб передачі інформації з тимчасовим мультиплексуванням. Радіообмін відбувається у смузі частот 2400-2483,5 МГц. У радіотракті застосований метод розширення спектру за допомогою частотних стрибків та дворівнева гаусова частотна модуляція.

Метод частотних стрибків передбачає, що вся відведена передачі смуга частот підрозділяється певну кількість подканалов шириною 1МГц кожен. Канал являє собою псевдовипадкову послідовність стрибків по 79 або 23 радіочастотних підканалів. Кожен канал ділиться на тимчасові сегменти тривалістю 625 мкс, причому кожному сегменту відповідає певний підканал. Передавач у кожний момент часу використовує лише один підканал. Стрибки відбуваються синхронно в передавачі та приймачі в заздалегідь зафіксованій псевдовипадковій послідовності. За секунду може відбуватися до 1600 частотних стрибків. Такий метод забезпечує конфіденційність та деяку схибленість передач. Перешкодозахищеність забезпечується тим, що якщо на якому-небудь підканалі пакет, що передається, не зміг бути прийнятий, то приймач повідомляє про це і передача пакета повторюється на одному з наступних підканалів, вже на іншій частоті.

Протокол Bluetooth підтримує як з'єднання типу точка-точка, так і точка-багатоточка. Два або більше тих, що використовують один і той же канал пристрою утворюють пікосеть. Один із пристроїв працює як основне, а решта – як підлеглі. В одній пікосеті може бути до семи активних підлеглих пристроїв, при цьому інші підлеглі пристрої перебувають у стані паркування, залишаючись синхронізованими з основним пристроєм. Взаємодіючі пікомережі утворюють «розподілену мережу».

У кожній пікосеті діє лише один основний пристрій, проте підлеглі пристрої можуть входити до різних пікомереж. Крім того, основний пристрій однієї пікомережі може бути підлеглим в іншій (рис.1.14). Пікосетки не синхронізовані один з одним за часом та частотою – кожна з них використовує свою послідовність частотних стрибків. В одній же пікомережі всі пристрої синхронізовані за часом та частотами. Послідовність стрибків є унікальною для кожної пікомережі та визначається адресою її основного пристрою. Довжина циклу псевдовипадкової послідовності - 227 елементів.

Рис. 1. 14. Пікосеть з одним підлеглим пристроєм а), декількома б) та розподілена мережа в).

У стандарті Bluetoothпередбачено дуплексну передачу на основі поділу часу. Основний пристрій передає пакети в непарні часові сегменти, а підлеглий пристрій – парні (рис. 1.15.). Пакети в залежності від довжини можуть займати до п'яти часових сегментів. У цьому частота каналу змінюється до закінчення передачі пакета (рис. 1.16.).

Рис. 1. 15. Тимчасова діаграма роботи каналу.

Протокол Bluetooth може підтримувати асинхронний канал даних, до трьох синхронних (з постійною швидкістю) голосових каналів або канал з одночасною асинхронною передачею даних та синхронною передачею голосу.

При синхронному з'єднанні основний пристрій резервує часові сегменти, що йдуть через так звані синхронні інтервали. Навіть якщо пакет прийнято з помилкою, повторно при синхронному з'єднанні він не передається. При асинхронному зв'язку використовуються часові сегменти, які не зарезервовані для синхронного з'єднання. Якщо в адресному полі асинхронного пакета адреса не вказана, пакет вважається широкомовним - його можуть читати всі пристрої. Асинхронне з'єднання дозволяє повторно передавати пакети прийняті з помилками.

Рис. 1. 16. Передача пакетів різної довжини.

Стандартний пакет Bluetooth містить код доступу довжиною 72 біти, 54-бітовий заголовок та інформаційне поле довжиною не більше 2745 біт. Код доступу ідентифікує пакети, що належать до однієї пікомережі, а також використовується для синхронізації та процедури запитів. Він включає преамбулу (4 біти), слово синхронізації (64 біти) та трейлер – 4 біти контрольної суми.

Заголовок містить інформацію для управління зв'язком і складається з шести полів: AM_ADDR - 3-бітна адреса активного елемента; TYPE - 4-бітний код типу даних; FLOW - 1 біт управління потоком даних, що показує готовність пристрою до прийому; ARQN - 1 біт підтвердження правильного прийому; SEQN – 1 біт, службовець визначення послідовності пакетів; HEC - 8-бітна контрольна сума.

Інформаційне поле, залежно від типу пакетів, може містити або поля голосу, поля даних, або обидва типи полів одночасно.

Розглянемо стандарт IEEE 802.11, що у локальних мережах передачі – тобто. в Ethernet-подібних бездротових мережах, принципово асинхронних за своєю природою.

IEEE 802.11 розглядає два нижніх рівні моделі взаємодії відкритих систем – фізичний (визначаються спосіб роботи із середовищем передачі, швидкість та методи модуляції) та рівень ланки даних, причому на останньому рівні розглядається нижній підрівень – MAC, тобто. керування доступом до каналу (середовищі передачі). IEEE 802.11 використовує діапазон 2,400 – 2,4835 ГГц із шириною смуги 83,5 МГц та передбачає пакетну передачу з 48-бітовими адресними пакетами.

Стандарт передбачає два основних способи організації локальної мережі – за принципом «кожен з кожним» (зв'язок встановлюється безпосередньо між двома станціями, всі пристрої повинні перебувати в зоні радіобачення, ніякого адміністрування не відбувається) і у вигляді структурованої мережі (з'являється додатковий пристрій – точка доступу, як правило, стаціонарна та діюча на фіксованому каналі, зв'язок між пристроями відбувається тільки через точки доступу, через них можливий вихід у зовнішні провідні мережі).

Як правило, функції керування розподілені між усіма пристроями мережі IEEE 802.11 – режим DCF. Однак для структурованих мереж можливий режим PCF, коли керування передано одній певній точці доступу. Необхідність у режимі PCF виникає під час передачі чутливої ​​до затримок інформації. Адже мережі IEEE 802.11 діють за принципом конкурентного доступу до каналу пріоритетів немає. Щоб задати їх за необхідності, і введено режим PCF. Однак робота в даному режиміможе відбуватися тільки в певні періоди, що періодично повторюються.

Для безпеки передачі даних на MAC-рівні передбачені автентифікація станцій і шифрування даних, що передаються.

IEEE 802.11 здійснює множинний доступ до каналу зв'язку з контролем несучої та виявленням конфліктів. Станція може почати передачу тільки якщо канал вільний. Якщо станції виявляють, що одному каналі намагаються працювати кілька станцій, всі вони припиняють передачу і намагаються відновити її через випадковий проміжок часу. Отже, навіть за передачі пристрій має контролювати канал, тобто. працювати на прийом.

Перед першою спробою отримати доступ до каналу пристрій завантажує тривалість випадкового інтервалу очікування спеціальний лічильник. Його значення декрементується із заданою частотою, поки канал вільний. Як тільки лічильник обнулиться, пристрій може займати канал. Якщо до обнулення лічильника канал займає інший пристрій, рахунок зупиняється, зберігаючи досягнуте значення. При наступній спробі відлік починається зі збереженої величини. В результаті минулого року отримує більше шансів зайняти канал наступного разу. У провідних мережах Ethernetподібного немає.

Пакети, з яких відбувається передача, фактично формуються на MAC-рівні, фізично до них додається заголовок фізичного рівня (PLCP), що складається з преамбули і власне PLCP-заголовка. Пакети MAC-рівня можуть бути трьох типів – пакети даних, контрольні та пакети управління. Їхня структура однакова. Кожен пакет включає MAC-заголовок, інформаційне поле та контрольну суму.

У широкосмугових бездротових мережах передачі даних з фіксованим доступом використовується стандарт IEEE 802.16.

Стандарт IEEE 802.16 описує роботу в діапазоні 10 - 66 ГГц систем з архітектурою "точка-багатоточка" (з центру - багатьом). Це двонаправлена ​​система, тобто. передбачені низхідний (від базової станції до абонентів) та висхідний (до базової станції) потоки. У цьому канали маються на увазі широкосмугові (близько 25 МГц), а швидкості передачі – високі (наприклад, 120 Мбіт/с).

Стандарт IEEE 802.16 передбачає схему з модуляцією однієї несучої (у кожному частотному каналі) і допускає три типи квадратурної амплітудної модуляції: чотирипозиційну QPSK і 16-позиційну 16-QAM(обов'язкові для всіх пристроїв), а також 64-QAM(опціонально).

Дані фізично передаються як безперервної послідовності кадрів. Кожен кадр має фіксовану тривалість – 0,5; 1 та 2 мс. Кадр складається з преамбули (синхропрозслідуваності довжиною 32 QPSK-символу), секції, що управляє, послідовності пакетів з даними. Оскільки система, що визначається стандартом IEEE 802.16 двонаправлена, необхідний дуплексний механізм. Він передбачає як частотне, і тимчасове поділ висхідного і низхідного каналів. При тимчасовому дуплексуванні каналів кадр ділиться на низхідний і висхідний субкадри, розділені спеціальним інтервалом. При частотному дуплексуванні висхідний і низхідний канали транслюються кожен на своїй несучій.

MAC-рівень IEEE 802.16 поділяється на три підрівні - підрівень перетворення сервісу (сервіси - це різні додатки), основний рівень і рівень захисту. На рівні захисту реалізуються механізми аутентифікації та шифрування даних. На підрівні перетворення сервісу відбувається трансформація потоків даних протоколів верхніх рівнів передачі даних через мережі IEEE 802.16. До кожного типу додатків верхніх рівнів стандарт передбачає свій механізм перетворення. На основному рівні MAC формуються пакети даних, які потім передаються на фізичний рівень і транслюються через канал зв'язку. Пакет MAC включає заголовок і поле даних, за яким може йти контрольна сума.

Ключовий момент у стандарті IEEE 802.16 – це поняття сервісного потоку та пов'язані з ним поняття «з'єднання» та «ідентифікатор з'єднання» (CID). Сервісним потоком у стандарті IEEE 802.16 називається потік даних, пов'язаний із певним додатком. У цьому контексті з'єднання – це встановлення логічного зв'язку на MAC-рівнях на передавальній та приймальній стороні для передачі сервісного потоку. Кожному з'єднанню надається 16-розрядний ідентифікатор CID, з яким однозначно пов'язані тип і характеристики з'єднання. Сервісний потік характеризується набором вимог до каналу передачі (до часу затримки символів, рівню флуктуацій затримок і гарантованої пропускної спроможності). Кожному сервісному потоку надається ідентифікатор SFID, ґрунтуючись на якому БС визначають необхідні параметри пов'язаного з цим сервісним потоком конкретного з'єднання.

Основний принцип надання доступу до каналу у стандарті IEEE 802.16 – це доступ на запит. Жодна АС (абонентська станція) неспроможна нічого передавати, крім запитів на реєстрацію і надання каналу, поки БС дозволить їй цього, тобто. відведе тимчасовий інтервал у висхідному каналі та вкаже його розташування. АС може, як запитувати певний обсяг лінії каналі, і просити про зміну вже наданого їй канального ресурсу. Стандарт IEEE 802.16 передбачає два режими надання доступу – для кожного окремого з'єднання та для всіх з'єднань певної АС. Очевидно, що перший механізм забезпечує більшу гнучкість, проте другий суттєво скорочує обсяг службових повідомлень і потребує меншої продуктивності від апаратури.

2. Системи складних сигналів для телекомунікаційних систем

2.1 Спектри сигналів

Спектр сигналу s(t) визначається перетворенням Фур'є

Загалом спектр є комплексною функцією частоти ω. Спектр може бути представлений у вигляді

,

де | S (ω) | – амплітудний, а φ(ω) – фазовий спектр сигналу s(t).

Спектр сигналу має такі властивості:

1. Лінійність: якщо є сукупність сигналів s 1 (t), s 2 (t), …, причому s 1 (t) S 1 (ω), s 2 (t) S 2 (ω), …, то сума сигналів перетворюється за Фур'є так:

де a i – довільні числові коефіцієнти.

2. Якщо сигналу s(t) відповідає спектр S(ω), то такому ж сигналу, зміщеному на t 0 відповідає спектр S(ω) помножений на e - jωt 0 s(t-t 0)S(ω)e - jωt 0 .

3. Якщо s(t)S(ω), то

4. Якщо s(t)S(ω) та f(t)=ds/dt, то f(t)F(ω)=jωS(ω).

5. Якщо s(t)S(ω) і g(t)=∫s(t)dt, то g(t)G(ω)=S(ω)/jω.

6. Якщо u(t)U(ω), v(t)V(ω) та s(t)=u(t)v(t), то

.

Сигнал знаходиться за спектром за допомогою зворотного перетворення Фур'є

.

Розглянемо діапазони деяких сигналів.

1. Прямокутний імпульс.

Рис.2.1. Спектр прямокутного імпульсу.

2. Гаусівський імпульс.

s(t)=Uexp(-βt 2)

Рис.2.2. Спектр гаусівського імпульсу.

3. Згладжений імпульс

За допомогою чисельного інтегрування знаходимо спектр S(?).

S(0)=2.052 S(6)=-0.056

S(1)=1.66 S(7)=0.057

S(2)=0.803 S(8)=0.072

S(3)= 0.06 S(9)=0.033

S(4)=-0.259 S(10)=-0.0072

S(5)=-0.221 S(ω)=S(-ω)

Рис. 2.3. Спектр згладженого імпульсу.

2.2 Кореляційні властивості сигналів

Для порівняння сигналів, зрушених у часі, вводять функцію автокореляції (АКФ) сигналу. Вона кількісно визначає ступінь відмінності сигналу u(t) та його зміщеної в часі копії u(t - τ) і дорівнює скалярному добутку сигналу та копії:

Безпосередньо видно, що з τ=0 автокореляційна функція стає рівною енергії сигналу: B u (0)=E u .

Автокореляційна функція парна: Bu(τ)=Bu(-τ).

При будь-якому значенні тимчасового зсуву модуль АКФ не перевищує енергії сигналу | У u (τ) | B u (0) = E u .

АКФ пов'язана зі спектром сигналу наступним співвідношенням:

.

Правильне і протилежне:

.

Для дискретного сигналу АКФ визначається у такому вигляді:

і має такі властивості.

Дискретна АКФ парна: Bu (n) = Bu (-n).

При нульовому зсуві АКФ визначає енергію дискретного сигналу:

.

Іноді вводять взаємно-кореляційну функцію (ВКФ) сигналів, яка описує не тільки зсув сигналів один щодо одного за часом, але і відмінність у формі сигналів.

ВКФ визначається так

для безперервних сигналів та

для дискретних сигналів

Розглянемо АКФ деяких сигналів.

1. Послідовність прямокутних імпульсів

Рис. 2.4. АКФ послідовність прямокутних імпульсів.

2. 7-позиційний сигнал Баркера

Bu (0) = 7, Бу (1) = Бу (-1) = 0, Бу (2) = Бу (-2) = -1, Бу (3) = Бу (-3) )=0, B u (4)= B u (-4)=-1, B u (5)= B u (-5)=0, B u (6)= B u (-6)=-1 , Bu (7) = Bu (-7) = 0.

Рис. 2.5. АКФ 7-позиційного сигналу Баркер.

3. 8-позиційні функції Уолша

Функція Уолша 2-го порядку

Bu (0) = 8, Бу (1) = Бу (-1) = 3, Бу (2) = Бу (-2) = -2, Бу (3) = Бу (-3) )=-3, B u (4)= B u (-4)=-4, B u (5)= B u (-5)=-1, B u (6)= B u (-6)= 2, Бу (7) = Бу (-7) = 1, Бу (8) = Бу (-8) = 0.

Рис. 2.6. АКФ функції Уолша 2-го порядку.

Функція Волша 7-го порядку

Bu (0) = 8, Бу (1) = Бу (-1) = -7, Бу (2) = Бу (-2) = 6, Бу (3) = Бу (-3) )=-5, B u (4)= B u (-4)=4, B u (5)= B u (-5)=-3, B u (6)= B u (-6)=2 , Bu (7) = Bu (-7) = -1, Bu (8) = Bu (-8) = 0.

Рис. 2.7. АКФ функції Уолша 7-го порядку.

2.3 Типи складних сигналів

Сигнал – це фізичний процес, який може нести корисну інформаціюта поширюватися по лінії зв'язку. Під сигналом s(t) розумітимемо функцію часу, що відображає фізичний процес, що має кінцеву тривалість Т.

Сигнали, у яких база, рівна добутку тривалості сигналу Т на ширину його спектру, близька до одиниці, називаються «простими» або «звичайними». Розрізнення таких сигналів може бути здійснено за частотою, часом (затримкою) та фазою.

Складні, багатовимірні, шумоподібні сигнали формуються за складним законом. За час тривалості сигналу Т він піддається додаткової маніпуляції (або модуляції) частотою або фазою. Додаткова модуляція амплітуди використовується рідко. За рахунок додаткової модуляції спектр сигналу f (при збереженні його тривалості Т) розширюється. Отже, такого сигналу B=T Δf>>1.

При деяких законах формування складного сигналу його спектр виявляється суцільним і рівномірним, тобто. близьким до спектру шуму з обмеженою шириною смуги. У цьому функція автокореляції сигналу має одне основний викид, ширина якого визначається тривалістю сигналу, а шириною його спектра, тобто. має вигляд, аналогічний до функції автокореляції шуму з обмеженою смугою частот. У зв'язку з цим такі складні сигнали називають шумоподібними.

Шумоподібні сигнали отримали застосування в широкосмугових системах зв'язку, так як: забезпечують високу схильність до перешкод систем зв'язку; дозволяють організувати одночасну роботу багатьох абонентів у спільній смузі частот; дозволяють успішно боротися з багатопроменевим поширенням радіохвиль шляхом поділу променів; забезпечують найкраще використанняспектра частот на обмеженій території порівняно з вузькосмуговими системами зв'язку

Відома велика кількість різних шумоподібних сигналів (ШПС). Проте виділяють такі основні ШПС: частотно-модульовані сигнали; багато частотні сигнали; фазоманіпульовані сигнали; дискретні частотні сигнали; дискретні складові частотні сигнали

Частотно-модульовані сигнали (ЧМ) є безперервними сигналами, частота яких змінюється за заданим законом (рис. 2.8).

Рис. 2.8. ЧС сигнал.

У системах зв'язку необхідно мати безліч сигналів. При цьому необхідність швидкої зміни сигналів та перемикання апаратури формування та обробки призводять до того, що закон зміни частоти стає дискретним. У цьому від ЧС сигналів переходять до ДЧ сигналів.

Багаточастотні (МЧ) сигнали є сумою N гармонік u 1 (t) ... u N (t), амплітуди та фази яких визначаються відповідно до законів формування сигналів (рис. 2.9.).

Рис. 2.9. МЧ сигнал.

МЧ сигнали є безперервними і їх формування та обробки важко пристосувати методи цифрової техніки.

Фазоманіпульовані (ФМ) сигнали є послідовністю радіоімпульсів, фази яких змінюються за заданим законом (рис. 2.10., а). Зазвичай фаза набуває двох значень (0 або π). У цьому радіочастотному ФМ сигналу відповідає відео-ФМ сигнал (рис. 2.10., б).

Рис. 2.10. ФМ сигнал.

ФМ сигнали дуже поширені, т.к. вони дозволяють широко використовувати цифрові методи для формування та обробки, і можна реалізувати такі сигнали з відносно великими базами.

Дискретні частотні (ДЧ) сигнали є послідовністю радіоімпульсів (рис. 2.11.), несучі частоти яких змінюються за заданим законом.

Рис. 2.11. ДЧ сигнал.

Дискретні складові частотні (ДСЧ) сигнали є ДЧ сигналами, які кожен імпульс замінений шумоподібним сигналом.

На рис. 2.12. зображено відеочастотний ФМ сигнал, окремі частини якого передаються різних несучих частотах.

Рис. 2.12. ДСЧ сигнал.

2.4 Похідні системи сигналів

Похідним сигналом називається сигнал, який у результаті перемноження двох сигналів. У разі ФМ сигналів перемноження повинне здійснюватися поелементно або, як найчастіше називають, посимвольно. Система, що складається з похідних сигналів, називається похідною. Серед похідних систем особливе значення мають системи, побудовані в такий спосіб. В якості основи використовується деяка система сигналів, кореляційні властивості якої не цілком задовольняють вимогам до КФ, але має певні переваги з точки зору простоти формування і обробки. Така система називається вихідною. Потім вибирається сигнал, який має певні властивості. Такий сигнал називається таким, що виробляє. Помножуючи продукує сигнал на кожен сигнал вихідної системи, отримуємо похідну систему. Виробляє сигнал слід вибирати так, щоб похідна система була дійсно кращою за вихідну, тобто. щоб вона мала хороші кореляційні властивості. Комплексна огинаюча похідного сигналу S μ m (t) дорівнює добутку комплексних огинаючих вихідних сигналів U m (t) і сигналу, що виробляє V μ (t), тобто. S μ m (t) = U m (t) V μ (t). Якщо індекси змінюються не більше m=1..M, μ=1..H, то обсяг похідної системи сигналів L=MH.

Вибір сигналів визначається рядом факторів, у тому числі і вихідною системою. Якщо сигнали вихідної системи широкосмугові, то сигнал, що виробляє, може бути широкосмуговим і мати малі рівні бічних піків функції невизначеності, близькі до середньоквадратичного значення. Якщо ж сигнали вихідної системи вузькосмугові, достатньо виконання нерівності F V >> F U (F V – ширина спектра виробляючих сигналів, F U – ширина спектра вихідних сигналів) і вимоги малості бічних піків АКФ.

Візьмемо як вихідну – систему Уолша. У цьому випадку сигнали, що виробляють, повинні бути широкосмуговими і мати хороші АКФ. З іншого боку, виробляє сигнал повинен мати стільки ж елементів, як і вихідні сигнали, тобто. N=2 k елементів, де k – ціле число. Цим умовам загалом задовольняють нелінійні послідовності. Оскільки основною є вимога малості бічних піків АКФ, то класі нелінійних послідовностей були відібрані найкращі сигнали з числом елементів N=16, 32, 64. Ці сигнали показано на рис. 2.13. На рис. 2.13. вказані також значення числа μ блоків для кожного виробляючого сигналу. Вони близькі до оптимального значення μ 0 =(N+1)/2. Це є необхідною умовою отримання хорошої АКФ з малими бічними піками.

Рис. 2.13. ФМ сигнали, що виробляють.

Обсяг похідної системи дорівнює обсягу системи Уолша N. Похідні системи мають кращі кореляційні властивості, ніж системи Уолша.

3. Модуляція складних сигналів

3.1 Геометричне уявлення сигналів

Розглянемо геометричне чи векторне уявлення сигналів. Визначимо N-вимірне ортогональне простір як простір, що визначається набором N лінійно незалежних функцій (j (t)), іменованих базисними. Будь-яка функція цього простору може виражатися через лінійну комбінацію базисних функцій, які повинні задовольняти умови

,

де оператор називається символом Кронекера. При ненульових константах K j місце називається ортогональним. Якщо базисні функції нормовані отже всі K j =1, простір називається ортонормованим. Основна умова ортогональності можна сформулювати наступним чином: кожна функція j (t) набору базисних функцій повинна бути незалежною від інших функцій набору. Кожна функція j (t) не повинна інтерферувати з іншими функціями в процесі виявлення. З геометричної точки зору всі функції j (t) взаємно перпендикулярні.

В ортогональному сигнальному просторі найпростіше визначається Евклідова міра відстані, що використовується в процесі виявлення. Якщо хвилі, що переносять сигнали, не формують такого простору, вони можуть перетворюватися на лінійну комбінацію ортогональних сигналів. Можна показати, що довільний кінцевий набір сигналів (s i (t)) (i = 1 ... M), де кожен елемент множини фізично реалізуємо і має тривалість T, можна виразити як лінійну комбінацію N ортогональних сигналів 1 (t), 2 ( t), …, ψ N (t), де NM, так що

де

Вид базису (j (t)) не задається; ці сигнали вибираються з погляду зручності і залежить від форми хвиль передачі сигналів. Набір таких хвиль (s i (t)) можна розглядати як набір векторів (s i) = (a i 1, a i 2, …, a iN). Взаємна орієнтація векторів сигналів описує зв'язок між сигналами (щодо їх фаз чи частот), а амплітуда кожного вектора набору (s i ) є мірою енергії сигналу, перенесеної протягом часу передачі символу. Взагалі, після вибору набору з N ортогональних функцій, кожен із переданих сигналів s i (t) повністю визначається вектором його коефіцієнтів s i = (a i 1 , a i 2 , …, a iN) i = 1 … M.

3.2 Методи фазової маніпуляції сигналів (ФМ2, ФМ4, ОФМ)

Фазова маніпуляція (PSK) розробили на початку розвитку програми дослідження далекого космосу; Зараз схема PSK широко використовується в комерційних та військових системах зв'язку. Сигнал у модуляції PSK має такий вигляд:

Тут фаза φ i (t) може набувати M дискретних значень, зазвичай визначених наступним чином:

Найпростішим прикладом фазової маніпуляції є двійкова фазова маніпуляція (ФМ2). Параметр E – це енергія символу, T – час передачі символу. Робота схеми модуляції полягає у зміщенні фази модульованого сигналу si (t) на одне з двох значень, нуль або π (180 0). Типовий вид сигналу ФМ2 наведено на рис. 3.1.a), де явно видно характерні різкі зміни фази під час переходу між символами; якщо модульований потік даних складається з нулів і одиниць, що чергуються, такі різкі зміни будуть відбуватися при кожному переході. Модульований сигнал можна як вектор на графіці в полярної системі координат; довжина вектора відповідає амплітуді сигналу, яке орієнтація у загальному M-арном випадку – фазі сигналу щодо інших M – 1 сигналів набору. При модуляції ФМ2 (рис. 3.1.б)) векторне уявлення дає два протифазні (180 0) вектори. Набори сигналів, які можуть бути представлені подібними векторами протифазними, називаються антиподними.

Рис. 3.1. Двійкова фазова маніпуляція.

Ще одним прикладом фазової маніпуляції є модуляція ФМ4 (М = 4). При модуляції ФМ4 параметр E – це енергія двох символів, час T – час передачі двох символів. Фаза модульованого сигналу набуває одного з чотирьох можливих значень: 0, π/2, π, 3π/2. У векторному поданні сигнал ФМ4 має вигляд, показаний на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Сигнал ФМ4 у векторному поданні.

Розглянемо ще одне вид фазової маніпуляції – відносну фазову маніпуляцію (ОФМ) чи диференціальну фазову маніпуляцію (DPSK). Назва диференціальна фазова маніпуляція вимагає деякого пояснення, оскільки зі словом «диференціальний» пов'язані два різні аспекти процесу модуляції/демодуляції: процедура кодування та процедура виявлення. Термін «диференціальне кодування» використовується тоді, коли кодування двійкових символів визначається не їх значенням (тобто нуль або одиниця), а тим, чи збігається символ з попереднім або відрізняється від нього. Термін «диференціальне когерентне виявлення» сигналів у диференціальній модуляції PSK (саме в цьому значенні зазвичай використовується назва DPSK) пов'язаний зі схемою виявлення, яка часто відноситься до некогерентних схем, оскільки не вимагає узгодження фази з прийнятою несучою.

У некогерентних системах не робляться спроби визначити дійсне значення фази сигналу, що надходить. Отже, якщо переданий сигнал має вигляд

то прийнятий сигнал можна описати в такий спосіб.

Тут α – довільна константа, зазвичай гадана випадкової змінної, рівномірно розподіленої між нулем і 2π, а n(t) – шум.

Для виявлення когерентного використовуються узгоджені фільтри; для некогерентного виявлення подібне неможливо, оскільки в цьому випадку вихід узгодженого фільтра залежатиме від невідомого кута. Але якщо припустити, що змінюється повільно щодо інтервалу в два періоди (2Т), то різниця фаз між двома послідовними сигналами не залежатиме від α.

Основа диференціального когерентного виявлення сигналів у модуляції DPSK полягає у наступному. У процесі демодуляції як опорну фазу може застосовуватися фаза несучої попереднього інтервалу передачі символу. Її використання вимагає диференціального кодування послідовності повідомлень у передавачі, оскільки інформація кодується різницею фаз між двома послідовними імпульсами. Для передачі i-го повідомлення (i=1,2,…,M) фаза поточного сигналу має бути зміщена на i =2πi/M радіан щодо фази попереднього сигналу. Взагалі, детектор обчислює координати сигналу, що надходить шляхом визначення його кореляції з локально генерованими сигналами cosω 0 t і sinω 0 t. Потім, як показано на рис. 3.3., детектор вимірює кут між вектором прийнятого поточного сигналу і вектором попереднього сигналу.

Рис. 3.3. Сигнальне місце для схеми DPSK.

Схема DPSK менш ефективна, ніж PSK, оскільки в першому випадку внаслідок кореляції між сигналами помилки мають тенденцію до поширення (на сусідні часи передачі символів). Варто пам'ятати, що схеми PSK і DPSK відрізняються тим, що в першому випадку порівнюється прийнятий сигнал з ідеальним опорним, а в другому – два зашумлені сигнали. Зазначимо, що модуляція DPSK дає вдвічі більший шум, ніж модуляція PSK. Отже, при використанні DPSK слід очікувати вдвічі більшої ймовірності помилки, ніж у випадку PSK. Перевагою схеми DPSK можна назвати меншу складність системи.

3.3 Модуляція з мінімальним зсувом частот.

Однією із схем модуляції без розриву фази є маніпуляція з мінімальним частотним зсувом (MSK). MSK можна як окремий випадок частотної маніпуляції без розриву фази. Сигнал MSK можна подати в такий спосіб.

Тут f 0 – частота, що несе, d k =±1 представляє біполярні дані, які передаються зі швидкістю R=1/T, а x k – це фазова постійна для k-го інтервалу передачі двійкових даних. Зазначимо, що при d k =1 частота, що передається – це f 0 +1/4T, а при d k =-1 – це f 0 -1/4T. Протягом кожного Т-секундного інтервалу даних значення x k постійно, тобто. x k =0 чи π, що диктується вимогою безперервності фази сигналу моменти t=kT. Ця вимога накладає обмеження на фазу, яке можна подати наступним рекурсивним співвідношенням x k .

Рівняння для s(t) можна переписати у квадратурному поданні.

Синфазний компонент позначається як a k cos(πt/2T)cos2πf 0 t, де cos2πf 0 t – несуча, cos(πt/2T) – синусоїдальне зважування символів, ak – інформаційно-залежний член. Подібним чином квадратурний компонент – це b k sin(πt/2T) sin2πf 0 t, де sin2πf 0 t – квадратурний доданок несучої, sin(πt/2T) – таке ж синусоїдальне зважування символів, b k – інформаційно-залежний член. Може здатися, що величини a і b можуть змінювати своє значення кожні T секунд. Проте через вимогу безперервності фази величина k може змінитися лише за переході функції cos(πt/2T) через нуль, а b k – лише за переході через нуль sin(πt/2T). Отже, зважування символів у синфазному чи квадратурному каналі – це синусоїдальний імпульс із періодом 2T та змінним знаком. Синфазний та квадратурний компоненти зрушені відносно один одного на T секунд.

Вираз для s(t) можна переписати в іншій формі.

Тут d I (t) і d Q (t) мають такий же сенс синфазного та квадратурного потоків даних. Схема MSK, записана у такому вигляді, іноді називається MSK з попереднім кодуванням. Графічне уявлення s(t) дано на рис. 3.4. На рис. 3.4. а) та в) показано синусоїдальне зважування імпульсів синфазного і квадратурного каналів, тут множення на синусоїду дає більш плавні переходи фази, ніж у вихідному поданні даних. На рис. 3.4. б) та г) показана модуляція ортогональних компонентів cos2πf 0 t і sin2πf 0 t синусоїдальними потоками даних. На рис. 3.4. д) представлено підсумовування ортогональних компонентів, зображених на рис. 3.4. б) та г). З виразу для s(t) та рис.3.4. можна укласти наступне: 1) сигнал s(t) має постійну огинаючу; 2) фаза радіочастотної несучої безперервна при бітових переходах; 3) сигнал s(t) можна розглядати як сигнал, модульований FSK, з частотами передачі f 0 +1/4T та f 0 -1/4T. Таким чином, мінімальне рознесення тонів, необхідне при модуляції MSK, можна записати так:

що дорівнює половині швидкості передачі бітів. Зазначимо, що рознесення тонів, необхідне MSK, – це половина (1/T) рознесення, необхідного при некогерентному виявленні сигналів, модульованих FSK. Це тим, що фаза несучої відома і безперервна, що дозволяє здійснити когерентну демодуляцію сигналу.

Рис. 3.4. Маніпуляція з мінімальним зрушенням: а) модифікований синфазний потік бітів; б) добуток синфазного потоку бітів та несучої; в) модифікований квадратурний потік бітів; г) добуток квадратурного потоку бітів та несучої; д) сигнал MSK.

3.4 Квадратурна модуляція та її характеристики ( Q PSK , QAM )

Розглянемо квадратурну фазову маніпуляцію (QPSK). Вихідний потік даних d k (t) = d 0, d 1, d 2 … складається з біполярних імпульсів, тобто. d k приймають значення +1 або -1 (рис. 3.5.а)), що представляють двійкову одиницю та двійковий нуль. Цей потік імпульсів поділяється на синфазний потік d I (t) і квадратурний - Q (t), як показано на рис. 3.5.б).

d I (t) = d 0, d 2, d 4, ... (парні біти)

d Q (t) = d 1, d 3, d 5, ... (непарні біти)

Зручну ортогональну реалізацію сигналу QPSK можна отримати, використовуючи амплітудну модуляцію синфазного та квадратурного потоків на синусній та косинусній функціях несучої.

За допомогою тригонометричних тотожностей s(t) можна подати у такому вигляді: s(t)=cos(2πf 0 t+θ(t)). Модулятор QPSK показаний на рис. 3.5.в), використовує суму синусоїдального та косинусоїдального доданків. Потік імпульсів d I (t) використовується для амплітудної модуляції (з амплітудою +1 ​​або -1) косінусоїди. Це рівноцінно зсуву фази косінусоїди на 0 або π; отже, в результаті отримуємо сигнал BPSK. Аналогічно потік імпульсів d Q (t) модулює синусоїду, що дає сигнал BPSK, ортогональний попередньому. При підсумовуванні цих двох ортогональних компонентів, що несе, виходить сигнал QPSK. Величина θ(t) буде відповідати одному з чотирьох можливих поєднань d I (t) і d Q (t) у виразі s(t): θ(t)=0 0 , ±90 0 або 180 0 ; результуючі вектори сигналів показані сигнальному просторі на рис. 3.6. Оскільки cos(2πf 0 t) і sin(2πf 0 t) ортогональні, два сигнали BPSK можна виявляти окремо. QPSK має низку переваг перед BPSK: т.к. при модуляції QPSK один імпульс передає два біти, то в два рази підвищується швидкість передачі даних або за тієї ж швидкості передачі даних, що і в схемі BPSK, використовується вдвічі менша смуга частот; а також підвищується завадостійкість, т.к. імпульси вдвічі довші, а відтак і більші за потужністю, ніж імпульси BPSK.

Рис. 3.5. Модуляція QPSK.

Рис. 3.6. Сигнальний простір для QPSK схеми.

Квадратурну амплітудну модуляцію (KAM, QAM) можна вважати логічним продовженням QPSK, оскільки сигнал QAM також складається з двох незалежних амплітудно-модульованих несучих.

При квадратурної амплітудної модуляції змінюється як фаза, так і амплітуда сигналу, що дозволяє збільшити кількість біт, що кодуються, і при цьому істотно підвищити перешкодостійкість. Квадратурне уявлення сигналів є зручним та досить універсальним засобом їх опису. Квадратурне уявлення полягає у вираженні коливання лінійною комбінацією двох ортогональних складових – синусоїдальної та косинусоїдальної (синфазної та квадратурної):

s(t)=A(t)cos(ωt + φ(t))=x(t)sinωt + y(t)cosωt, де

x(t)=A(t)(-sinφ(t)),y(t)=A(t)cosφ(t)

Така дискретна модуляція (маніпуляція) здійснюється двома каналами, на несучих, зрушених на 90 0 друг щодо друга, тобто. що у квадратурі (звідси й назва).

Пояснимо роботу квадратурної схеми з прикладу формування сигналів чотирифазної ФМ (ФМ-4) (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Схема квадратурного модулятора.

Рис. 3.8. 16-річний простір сигналів (QAM-16).

Вихідна послідовність двійкових символів тривалістю Т за допомогою регістра зсуву поділяється на непарні імпульси y, що подаються в квадратурний канал (cosωt), і парні – x, що надходять у синфазний канал (sinωt). Обидві послідовності імпульсів надходять на входи відповідних формувачів маніпульованих імпульсів, на виходах яких утворюються послідовності біполярних імпульсів x(t) та y(t) з амплітудою ±U m та тривалістю 2T. Імпульси x(t) та y(t) надходять на входи канальних перемножувачів, на виходах яких формуються двофазні (0, π) ФМ коливання. Після підсумовування вони утворюють сигнал ФМ-4.

На рис. 3.8. показано двомірне простір сигналів і набір векторів сигналів, модульованих 16-річною QAM і зображених точками, які розташовані у вигляді прямокутної сукупності.

З рис. 3.8. видно, що відстань між векторами сигналів у сигнальному просторі при QAM більше, ніж при QPSK, отже, QAM є більш стійкою до перешкод у порівнянні з QPSK,

3.5 Реалізація квадратурних модемів

Модем призначений передачі/прийому інформації по звичайним телефонним проводам. У цьому сенсі модем здійснює роль інтерфейсу між комп'ютером та телефонною мережею. Його основне завдання полягає в перетворенні інформації, що передається до виду, прийнятному для передачі по телефонних каналах зв'язку, і в перетворенні прийнятої інформації до виду, прийнятному для комп'ютера. Як відомо, комп'ютер здатний обробляти та передавати інформацію в двійковому коді, тобто у вигляді послідовності логічних нулів та одиниць, званих бітами. Логічній одиниці можна поставити у відповідність високий рівень напруги, а логічного нуля - низький. При передачі інформації по телефонних проводах необхідно, щоб характеристики електричних сигналів, що передаються (потужність, спектральний склад і т.д.) відповідали вимогам приймальної апаратури АТС. Одне з основних вимог у тому, щоб спектр сигналу лежав у діапазоні від 300 до 3400 Гц, тобто мав ширину трохи більше 3100 Гц. Для того, щоб задовольнити цьому та багатьом іншим вимогам, дані піддаються відповідному кодуванню, яким, власне, і займається модем. Існує кілька способів можливого кодування, при яких дані можна передавати по абонентських комутованих каналах. Ці способи відрізняються один від одного, як швидкістю передачі, так і стійкістю до перешкод. У той же час, незалежно від способу кодування, дані передаються абонентськими каналами тільки в аналоговому вигляді. Це означає, що передачі інформації використовується синусоїдальний несучий сигнал, який піддається аналогової модуляції. Застосування аналогової модуляції призводить до спектру набагато меншої ширини за постійної швидкості передачі інформації. Аналогова модуляція - це спосіб фізичного кодування, у якому інформація кодується зміною амплітуди, частоти і фази синусоїдального сигналу несучої частоти. Існує кілька базових способів аналогової модуляції: амплітудна, частотна та відносна фазова. У модемах використовуються перелічені способи модуляції, але не окремо, а всі разом. Наприклад, амплітудна модуляція можна використовувати разом із фазової модуляцією (амплітудно-фазова модуляція). Головна проблема, що виникає під час передачі інформації абонентськими каналами, - це підвищення швидкості. Швидкість обмежується шириною спектральної лінії пропускання каналу зв'язку. Однак є спосіб, що дозволяє значно підвищити швидкість передачі без збільшення ширини спектра сигналу. Основна ідея такого способу полягає у використанні багатопозиційного кодування. Послідовність біт даних розбивається на групи (символи), кожній з яких ставиться у відповідність деякий дискретний стан сигналу. Наприклад, використовуючи 16 різних станів сигналу (вони можуть відрізнятися один від одного як по амплітуді, так і по фазі), можна закодувати всі можливі комбінації для послідовностей з 4 біт. Відповідно 32 дискретні стани дозволять закодувати в одному стані групу з п'яти біт. На практиці підвищення швидкості передачі інформації використовується в основному багатопозиційна амплітудно-фазова модуляція з декількома можливими значеннями рівнів амплітуди і зсуву фази сигналу. Такий тип модуляції отримав назву квадратурної амплітудної модуляції (КАМ). У разі КАМ стану сигналу зручно зображати на площині сигнальної. Кожна точка сигнальної площини має дві координати: амплітуду і фазу сигналу і є закодованою комбінацією послідовності біт. Для підвищення завадостійкості квадратурної амплітудної модуляції може використовуватися так звана треліс-модуляція (Trellis Code Modulation, ТММ) або, інакше, ґратчасте кодування. При треліс-модуляції до кожної групи біт, що передаються за один дискретний стан сигналу, додається ще один надлишковий треліс-біт. Якщо, наприклад, інформаційні біти розбиті на групи по 4 біти (загалом можливо 16 різних комбінацій), то сигнальній площині розміщується 16 сигнальних точок. Додавання п'ятого треліс-біта призведе до того, що можливих комбінацій виявиться 32, тобто кількість сигнальних точок збільшиться вдвічі. Проте чи всі комбінації біт є дозволеними, тобто мають сенс. У цьому полягає ідея треллис-кодирования. Значення треліс-біта, що додається, визначається за особливим алгоритмом. Розрахунком треліс-біта, що додається, займається спеціальний кодер. На приймаючому модемі для аналізу бітів, що надходять, призначений спеціальний декодер - так званий декодер Вітербі. Якщо послідовності, що приймаються, є дозволеними, то вважається, що передача відбувається без помилок і треліс-біт просто видаляється. Якщо ж серед послідовностей, що приймаються, зустрічаються заборонені послідовності, то за допомогою особливого алгоритму декодер Вітербі знаходить найбільш підходящу дозволену послідовність, виправляючи, таким чином, помилки передачі. Отже, сенс ґратчастого кодування - ціною порівняно невеликої надмірності підвищити завадостійкість передачі. Використання треліс-кодування дозволяє головним чином захистити від переплутування саме сусідні в сигнальному просторі точки, які найбільше схильні до можливості «переплутатися» під дією перешкод.

4. Характеристики прийому сигналів у телекомунікаційних системах

4.1 Можливості помилок розрізнення M відомих сигналів

Під виявленням сигналу в радіоелектроніці розуміють аналіз прийнятого коливання y(t), що завершується винесенням рішення про наявність або відсутність у ньому деякої корисної складової, яку називають сигналом. Розрізнення М сигналів визначають як аналіз прийнятого коливання y(t), що закінчується прийняттям рішення про те, який саме з М сигналів, що належать зазначеному наперед безліч S(s 0 (t), s 1 (t), …, s M -1 ( t)) присутній у y(t). Виявлення сигналу є окремий випадок розрізнення двох сигналів, один з яких дорівнює нулю на всьому інтервалі спостереження.

Нехай коливання y(t), що спостерігається, є реалізацією випадкового процесу, який має розподіл W y , тобто. n-мірну щільність ймовірності (ПВ) W(y) [або функціонал ПВ W(y(t))], що належить одному з М класів, що не перетинаються, W i (W i ∩W k =Ø, i≠k, i, k= 0, 1, …, M-1). Необхідно, поспостерігавши реалізацію y(t), вирішити, якому класів належить W y . Припущення про те, що W y W i називають гіпотезою H i: W y W i . Рішення, що є результатом перевірки гіпотез, позначатимемо , де i(0, 1, …, M-1) – номер гіпотези, істинність якої декларується прийнятим рішенням. Аналізоване коливання y(t) є результатом взаємодії присутнього в ньому сигналу s i (t) з випадковим, що заважає процесом (перешкодою, шумом) x(t): y(t)=F. Від того, який М можливих сигналів присутній у y(t), залежить ПВ ансамблю, якому належить y(t), так що кожному s i (t) відповідає деякий клас W i розподілів ансамблю, що представляється y(t). Таким чином, гіпотези H i трактуються як припущення про наявність i-го (і тільки i-го) сигналу y(t). У цьому рішення , одне з яких є результатом процедури розрізнення, є твердження у тому, що у прийнятому коливанні міститься саме i-й сигнал. Гіпотезам H i відповідають класи W i. Гіпотезу H i називають простою, якщо клас W i містить один і лише один розподіл. Будь-яку іншу гіпотезу називають складною. М складних гіпотез називають параметричними, якщо відповідні їм класи відрізняються один від одного лише значеннями кінцевого числа параметрів одного й того ж розподілу, що описується відомим законом. Інакше гіпотези називають параметричними.

Розглянемо розрізнення М детермінованих ненульових сигналів однакової енергії. При цьому за основу буде прийнято правило максимальної правдоподібності (МП)

оптимальне у разі, коли критерієм якості служить сума умовних ймовірностей помилок, чи повна ймовірність помилки при рівних апостеріорних ймовірностях всіх сигналів p i =1/M.

При довільному М розрізняльник, що дотримується правила МП, вважає присутнім у y(t) сигнал, найменш віддалений від y(t) у сенсі евклідова відстані або, що при однакових енергіях сигналів рівносильно, що має з y(t) максимальну кореляцію . Якщо розглядати сигнали s 0 (t), s 1 (t), …, s M -1 (t) як пучок векторів, розташований у М-мірному просторі, то для того, щоб по можливості зменшити ймовірність переплутування i-го сигналу з k -м слід максимально «розсунути» i-й і k-й вектори. Таким чином, оптимальний вибір М детермінованих сигналів зводиться до пошуку такої конфігурації пучка М векторів, в якій мінімальна евклідова відстань між парою векторів була б максимальною: mind ik =max (i≠k). Бо за рівності енергій, тобто. довжин векторів

де ρ ik – коефіцієнт кореляції i-го та k-го сигналів, Е – енергія сигналу, то вимога максимуму мінімальної відстані тотожна умові мінімуму максимального коефіцієнта кореляції у множині сигналів S(s 0 (t), s 1 (t), …, s M -1 (t)). Максимально максимального коефіцієнта кореляції встановлюється досить легко. Просумувавши ρ ik за всіма i і k, отримаємо

де нерівність випливає з невід'ємності квадрата під інтегралом. Крім того, у сумі зліва М доданків при i=k рівні одиниці, а решта М(М-1) не більша ρ макс =max ρ ik (i≠k). Тому М+М(М-1)ρ макс ≥0 та ρ макс ≥-1/(М-1).

Конфігурацію М векторів, в якій косинус кута між будь-якою парою векторів дорівнює -1/(М-1), називають правильним симплексом. Якщо ці вектори взяти М сигналів, то отриманий детермінований ансамбль при рівноймовірності всіх s i (t) забезпечить мінімум повної ймовірності помилки P ош, що і вирішує питання про оптимальний вибір М сигналів. При М>>1 виконується співвідношення -1/(М-1)≈0, і тому при великій кількості сигналів, що розрізняються, ортогональний ансамбль практично не програє симплексному в значенні P ош.

Послідовність виведення точного виразу для ймовірності помилки розрізнення М сигналів з довільними ρ ik така. Щільність ймовірності (ПВ) системи випадкових величин z 0 , z 1 , …, z M -1 є М-мірний нормальний закон, завдання якого досить знати середні всіх z i та їх кореляційну матрицю. Для середніх при істинності гіпотези Hl маємо. Кореляційний же момент i-йта k-й кореляцій дорівнює N 0 Eρ ik /2. Після того, як М-вимірна ПВ знайдена, її М-кратний інтеграл по області z l ≥z i , i=0, 1, …, M-1, дозволяє отримати вірогідність правильного рішення за умови істинності H l . Сума таких ймовірностей, поділена на М (з урахуванням рівноймовірності сигналів), буде повною ймовірністю правильного рішення P пр, пов'язаної з P ош очевидною рівністю P ош =1-P пр. Отримуваний таким чином М-кратний інтеграл у ряді важливих випадків вдається звести до одноразового. Так, для будь-яких рівнокорельованих (рівновіддалених) сигналів (ρ ik =ρ, i≠k)

У практичних розрахунках цей вислів використовують рідко через необхідність чисельного інтегрування. Корисна його оцінка зверху, висновку якої вважатимемо, що істинна гіпотеза H l . При цьому помилка відбувається завжди, коли істинно хоча б одна з подій z i > z l, i ≠l. Імовірність її P ош l , рівна ймовірностіоб'єднання подій z i >z l , i≠l, за теоремою складання ймовірностей,

і через нерівність Буля не більше першої суми праворуч. Так як кожне доданок цієї суми є ймовірність переплутування двох сигналів, то для рівновіддалених сигналів

Тут - відношення сигнал/шум на виході фільтра, узгодженого з i (t) при гіпотезі H i , - ймовірність переплутування двох сигналів. При рівноймовірних сигналах (pi = 1/M) приходимо до так званої адитивної межі повної ймовірності помилки

Використання цього виразу виправдовується, з одного боку, асимптотичним зближенням його правої частини та P ош у міру зростання вимог до якості розрізнення (P ош →0), а з іншого – тим, що, вибираючи необхідну енергію сигналів (мінімальне значення q) виходячи з правої частини висловлювання, розробник завжди діє з відомим перестрахуванням, гарантуючи утримання фактичної ймовірності помилки нижче цифри, прийнятої ним під час розрахунку.

4.2 Можливості помилок розрізнення M флуктуючих сигналів

Далеко не завжди спостерігач докладно апріорі обізнаний про сигнали, що розрізняються. Найчастіше йому заздалегідь не відомі не тільки номер присутнього в аналізованій реалізації сигналу, а й значення будь-яких параметрів (амплітуди, частоти, фази та ін.) кожного М можливих сигналів. Самі сигнали при цьому вже не детерміновані, оскільки параметри їх не задані; Відповідне завдання розрізнення називають розрізненням сигналів із невідомими параметрами.

Розглянемо розв'язання цього завдання з прикладу розрізнення сигналів з випадковими початковими фазами. Такі сигнали описуються моделлю

s i (t; φ) = Re (i (t) exp),

де f 0 - Відома центральна частота; φ – випадкова початкова фаза з апріорною ПВ W 0 (φ); (t) =S(t)e jγ (t) – комплексна огинаюча сигналу s(t), що є реалізацією s(t; φ) при φ=0: s(t)=s(t; 0); S(t) і γ(t) – відомі закони амплітудної та кутовий модуляції. Застосування правила МП має передувати обчислення функції (функціоналу) правдоподібності (ФП) W(y(t)|H i), тобто. усереднення ФП W(y(t)|H i , φ), побудованої для детермінованих сигналів з фіксованою фазою φ за всіма її можливими значеннями з урахуванням апріорної ПВ W 0 (φ). При рівномірній ПВ фази W 0 (φ)=1/(2π), |φ|≤π, з урахуванням рівності енергій всіх сигналів, що розрізняються W(y(t)|H i) являє собою модифіковану функцію Бесселя нульового порядку:

де c - коефіцієнт, що містить співмножники, що не залежать від i, а - модуль кореляції комплексних огинаючих прийнятого коливання y(t) та i-го сигналу. Монотонність функції I 0 (·) на позитивній півосі дозволяє перейти до достатньої статистики Z i і записати правило МП у вигляді

Таким чином, оптимальний розрізняльник М сигналів рівної енергії з випадковими початковими фазами повинен обчислити всі М величин Z i і, якщо максимальною є Z k , прийняти рішення про присутність у y(t) k-го сигналу. Це означає, що що міститься в коливанні y(t), що спостерігається, вважається той сигнал, комплексна огинаюча якого має найбільшу по модулю кореляцію з комплексної огинаючої y(t).

Точні формули для ймовірностей помилок розрізнення М довільних сигналів досить громіздкі навіть при М=2, проте в додатках найчастіше зустрічаються ансамблі сигналів, ортогональних у посиленому значенні. Останнє означає, що будь-які два несхожі сигнали s i (t; φ i), s k (t; φ k) ортогональні при будь-яких значеннях початкових фаз:

∫s i (t; φ i)s k (t; φ k)dt=0 при будь-яких φ i , φ k та i≠k,

або, що еквівалентно, ортогональні детерміновані комплексні огинаючі цих сигналів:

.

Умова ортогональності у посиленому значенні жорсткіша за звичайну вимогу ортогональності, що фігурувала раніше у застосуванні до детермінованих сигналів. Так, два відрізки косинусоїди, зсунуті на кут ±π/2, будучи ортогональними у звичайному сенсі, не ортогональні при зміні зсуву фаз, тобто. у посиленому значенні. У той же час сигнали, що не перекриваються за часом або спектром, ортогональні і в посиленому сенсі.

Якщо звернутися спочатку до розрізнення двох сигналів, неважко зрозуміти, що протилежна пара, що мінімізує P ош у класі детермінованих сигналів, у завданнях, де початкові фази сигналів випадкові, неприйнятна. Справді, єдиною ознакою, яким відрізняються протилежні сигнали, є знак, тобто. присутність або відсутність у початковій фазі доданку π. Однак, коли перед надходженням на розрізнячій кожен із сигналів набуває випадкового фазового зсуву, спроби використовувати початкову фазу, як характерну ознаку сигналу, безглузді, і в відміннику від неінформативної величини φ доводиться позбавлятися. Таким чином, можна дійти висновку, що в класі М2 сигналів з випадковими фазами симплексні ансамблі оптимальними властивостями не володіють. Оптимальними ж виявляються саме ансамблі сигналів, ортогональних у посиленому значенні: кожен з таких сигналів викликає відгук на виході лише одного з фільтрів приймальної схеми, і тому переплутування i-го сигналу з k-м відбудеться лише в тому випадку, коли шуму, що огинає, на виході k -го узгодженого фільтра (УФ) матиме значення, що перевищує значення огинаючої суми сигналу з шумом на виході i-го УФ. Порушення умови ортогональності в посиленому сенсі призведе до появи реакції на i-й сигнал на виході не тільки i-го, але й інших СФ, наприклад k-го, в результаті чого викид огинає на виході k-го УФ, більший значення Z i , стане вірогіднішим.

Щоб знайти можливість переплутування p 01 s 0 (t; φ) з s 1 (t; φ) при розрізненні двох сигналів, необхідно проінтегрувати спільну ПВ Z 0 , Z 1 при гіпотезі H 0 W(Z 0 , Z 1 |H 0) в області Z 1 >Z 0 . Для ортогональних у посиленому значенні сигналів величини Z 0 і Z 1 незалежні, тому W(Z 0 Z 1 |H 0)=W(Z 0 |H 0)W(Z 1 |H 0). Одномірні ПВ Z 0 і Z 1 відомі: при істинності H 0 Z 0 як огинаюча суми сигналу з шумом має узагальнену релеевскую ПВ; Z 1 як огинаюча тільки шуму є релеївською випадковою величиною. Перемноживши ці ПВ, після інтегрування отриманої ПВ W(Z 0 , Z 1 |H 0) і з урахуванням очевидної рівності p 01 =p 10 для ймовірності помилки розрізнення двох рівноймовірних ортогональних у посиленому сенсі сигналів з випадковими фазами отримаємо

Повторення міркувань пункту 4.2. (для детермінованих сигналів) призводить до адитивного кордону

якою, як правило, і користуються для оцінки ймовірності помилки, якщо число рівноймовірних ортогональних у посиленому значенні сигналів М?2.

4.3 Розрахунок помилок розрізнення M сигналів з невідомими неенергетичними параметрами

Розглянемо завдання розрізнення "М" ортогональних сигналів з невідомим тимчасовим положенням в асинхронних системах зв'язку з кодовим поділом каналів. Рішення про наявність сигналу в каналі виноситься методом максимальної правдоподібності. Знайдемо можливість помилки розрізнення з урахуванням викидів шуму на інтервалі можливих тимчасових затримок сигналів.

Припустимо, що є «М» абонентів системи зв'язку, кожен із яких використовує свій сигнал. Найбільшу стійкість до перешкод при передачі інформації в таких умовах забезпечують симплексні сигнали. При М>>1 завадостійкість такої системи сигналів практично збігається з завадостійкістю системи ортогональних сигналів, для яких

Тут E kf - Енергія сигналу f k . Умова ортогональності, яку можна назвати «ортогональністю в точці», практично вимагає системи єдиного часу в організацію синхронного зв'язку. В асинхронних системах використовуються ортогональні в посиленому сенсі сигнали, для яких при всіх значеннях k і m

Якщо R km (τ k , m)<0.25 – 0.3, то можно считать ансамбль сигналов практически удовлетворяющим условию ортогональности.

Розглянемо систему складних сигналів (f k (t)), k = 1 ... M ортогональну при довільному зрушенні. Серед складних сигналів вельми широке застосування отримали фазоманіпульовані (ФМ) сигнали з комплексної огинаючої виду

де a i – код послідовності, u 0 (t) – форма огинаючої елементарної посилки, Δ – її тривалість. У разі прямокутної форми огинаючої елементарної посилки автокореляційна функція (АКФ) має вигляд:

Тут R0(τ)=(1-|τ|/Δ). На околиці максимуму АКФ R(τ)= R 0 (τ)=(1-|τ|/Δ). На вході приймача після проходження багатопроменевого каналу корисний сигнал може бути записаний як

δ n – відносна затримка сигналу променя з номером n, τ – невідомий час приходу, який знаходиться всередині інтервалу . ε n =A n /A 0 – відносна амплітуда «n»-го променя, параметр має сенс числа додаткових променів поширення. Відносні затримки n > , тобто. промені поділяються під час обробки складного сигналу. При ==0 сигнал має вигляд s(t)=A 0 f(t-τ 0).

Розглянемо алгоритм обробки. На вхід приймача надходить суміш

x(t)=k (t-τ 0k)+η(t), (t),

де s k (t) – один із можливих сигналів, k=1…M, τ 0 k – тимчасова затримка сигналу, η(t) – білий гаусівський шум з нульовим середнім значенням та спектральною щільністю потужності N 0 /2. Необхідно винести рішення, який із M можливих сигналів присутній на вході приймача. Розглянемо приймач без компенсації багатопроменеві. Лінійна частина такого приймача містить М каналів, у яких формуються статистики виду

Вираз для L k (τ k) можна переписати в зручнішому для аналізу вигляді

Тут і наступних формулах індекс k для стислості опускається, якщо досліджуються характеристики одного каналу, z 0 2 =2A 0 2 E f /N 0 – енергетичне відношення сигнал/шум, S(τ-τ 0)=∫f(t-τ ) f(t-τ 0)dt/E f – нормована сигнальна функція, N(τ)=∫n(t)f(t-τ)dt – нормована шумова функція з нульовим середнім значенням, одиничною дисперсією та кореляційною функцією =S(τ"-τ"").Огибающая сигнальної функції S(τ-τ0) є АКФ.

Згідно з алгоритмом максимальної правдоподібності, рішення на користь сигналу з номером m виноситься, якщо supL m (τ m)≥supL k (τ k). Для знаходження ймовірностей правильних та неправильних рішень за цим правилом необхідно обчислити розподіл абсолютних максимумів процесів L(τ) на інтервалі [Т1, Т2].

Розглянемо методику розрахунку ймовірності помилки розрізнення M сигналів з невідомими параметрами при однопроменевому розповсюдженні сигналів (або схемою оптимального складання сигналів). Позначимо через H k =supL k (τ k) – величину абсолютного максимуму статистики на виході k каналу приймача. Спільне розподіл випадкових величин (H 1 ,H 2 ,..H M ) запишемо як w(u 1 ,u 2 ,..u M). Умова ортогональності сигналів f k (t) у статистичному сенсі означає незалежність випадкових величин H k , k=1..M. Тоді вірогідність правильного рішення щодо алгоритму максимальної правдоподібності можна записати

Якщо зважити на умову ортогональності системи сигналів (s k (t)), то

Припустимо, система сигналів (s k (t)) має однакову енергію, тобто z 0 m =z 0 k =z 0 . Тоді формули для H m і H k можна переписати як

Функція розподілу абсолютного максимуму h k реалізації гаусівського процесу з кореляційною функцією R(τ) може бути апроксимована формулою

ξ=(T 2 -T 1)/Δ – наведена довжина апріорного інтервалу [Т 1 ,Т 2 ], що має сенс числа дозволу ФМ сигналів на цьому інтервалі. Апроксимація асимптотично точна при ξ→∞, u→∞. При кінцевих значеннях ξ та u можна використовувати більш точну апроксимацію

Інтеграл імовірності. При ξ>>1 і z 0 >>1 функція розподілу абсолютного максимуму h m може бути записана як F m (u) = F s (u) F N (u) Φ (u-z 0) F N (u). Підставляючи вирази F N (u) та F m (u) у співвідношення для P прав, отримуємо після відповідних перетворень

Перший доданок відповідає апріорній ймовірності правильного рішення для рівноважних M подій. Друге доданок визначає зміни ймовірності з допомогою ухвалення рішення. При z 0 →∞ інтеграл у вираженні P прав прагне 1 і, відповідно, P прав →1.

Повна ймовірність помилки розрізнення сигналів М з невідомими параметрами дорівнює

З формул видно, що зі збільшенням числа сигналів, що розрізняються, ймовірність помилки прийняття рішення P e (z 0) збільшується. Зі збільшенням апріорного інтервалу тимчасових затримок сигналів ξ ймовірність помилки розрізнення P e (z 0) значно зростає.

4.4 Порівняння синхронних та асинхронних систем зв'язку

Як правило, при розгляді продуктивності приймача чи демодулятора передбачається наявність певного рівня синхронізації сигналу. Наприклад, при когерентної фазової демодуляції (схема PSK) передбачається, що приймач може генерувати опорні сигнали, фаза яких ідентична (можливо з точністю до постійного зміщення) фазі елементів сигнального алфавіту передавача. Потім у процесі прийняття рішення щодо значення прийнятого символу (за принципом максимальної правдоподібності) опорні сигнали порівнюються з вступниками.

При генерації подібних опорних сигналів приймач повинен бути синхронізований з несучою. Це означає, що фаза несучої та її копії в приймачі повинні узгоджуватися. Іншими словами, якщо в несучій, що надходить, не закодована інформація, що надходить несуча і її копія в приймачі будуть проходити через нуль одночасно. Цей процес називається фазовим автопідстроюванням частоти (це – умова, яку слід задовольнити максимально близько, якщо в приймачі ми хочемо точно демодулювати когерентно модульовані сигнали). В результаті фазового автопідстроювання частоти місцевий гетеродин приймача синхронізується по частоті та фазі з прийнятим сигналом. Якщо сигнал-носій інформації модулює безпосередньо не несучу, а піднесучу, потрібно визначити як фазу несучої, так і фазу несучої. Якщо передавач не виконує фазової синхронізації несучої та піднесучої (зазвичай так і буває), від приймача потрібно генерація копії піднесучої, причому управління фазою копії піднесучої проводиться окремо від управління фазою копії несучої. Це дозволяє приймачеві отримувати фазову синхронізацію як за несучою, так і піднесучою.

Крім того, передбачається, що приймач точно знає, де починається символ, що надходить, і де він закінчується. Ця інформація необхідна, щоб знати відповідний проміжок інтегрування символу – інтервал інтегрування енергії перед ухваленням рішення щодо значення символу. Очевидно, якщо приймач інтегрує за інтервалом невідповідної довжини або за інтервалом, що захоплює два символи, здатність до прийняття точного рішення буде знижуватися.

Можна бачити, що символьну та фазову синхронізації поєднує те, що обидві включають створення в приймачі копії частини відданого сигналу. Для фазової синхронізації це буде точна копія несучої. Для символьної – це меандр з переходом через нуль одночасно з переходом сигналу, що надходить між символами. Кажуть, що приймач, здатний це зробити, має символьну синхронізацію. Оскільки на один період передачі символу зазвичай приходиться дуже велике число періодів несучої, цей другий рівень синхронізації значно грубіше фазової синхронізації і зазвичай виконується за допомогою іншої схеми, відмінної від використовуваної фазової синхронізації.

У багатьох системах зв'язку потрібно ще вищий рівень синхронізації, який зазвичай називається кадрової синхронізацією. Кадрова синхронізація потрібна, коли інформація постачається блоками або повідомленнями, що містять фіксовану кількість символів. Це відбувається, наприклад, при використанні блокового коду для реалізації схеми прямого захисту від помилок або якщо канал зв'язку має тимчасовий поділ і використовується декількома користувачами (технологія TDMA). При блочному кодуванні декодер повинен знати розташування меж між кодовими словамищо необхідно для правильного декодування повідомлення. При використанні каналу з тимчасовим поділом потрібно знати розташування кордонів між користувачами каналу, що необхідно для правильного напряму інформації. Подібно до символьної синхронізації, кадрова рівнозначна можливості генерації меандра на швидкості передачі кадрів з нульовими переходами, що збігаються з переходами від одного кадру до іншого.

Більшість систем цифрового зв'язку, що використовують когерентну модуляцію, потребують усіх трьох рівнів синхронізації: фазової, символьної та кадрової. Системи з некогерентною модуляцією зазвичай вимагають лише символьної та кадрової синхронізації; оскільки модуляція є некогерентною, точну синхронізацію фази не потрібно. Крім того, некогерентним системам потрібна частотна синхронізація. Частотна синхронізація відрізняється від фазової тим, що копія несучої, що генерується приймачем, може мати довільні зрушення фази від прийнятої несучої. Структуру приймача можна спростити, якщо не пред'являти вимогу щодо визначення точного значення фази несучої. На жаль, це спрощення спричиняє погіршення залежності достовірності передачі від відношення сигнал/шум.

До цього моменту в центрі обговорення знаходилася приймаюча частина каналу зв'язку. Однак іноді передавач відіграє більш активну роль у синхронізації – він змінює звіт часу та частоту своїх передач, щоб відповідати очікуванням приймача. Прикладом є супутникова мережа зв'язку, де безліч наземних терміналів направляють сигнали на єдиний супутниковий приймач. У більшості подібних випадків передавач визначення точності синхронізації використовує зворотний канал зв'язку від приймача. Отже, для успіху синхронізації передавача часто потрібний двосторонній зв'язок або мережа. Тому синхронізація передавача часто називається мережевою.

Необхідність синхронізації приймача пов'язані з певними затратами. Кожен додатковий рівень синхронізації має на увазі велику вартість системи. Найбільш очевидне вкладення грошей - необхідність додаткового програмного або апаратного забезпечення для приймача, що забезпечує отримання та підтримка синхронізації. Крім того, що менш очевидно, іноді ми платимо часом, витраченим на синхронізацію до початку зв'язку, або енергією, необхідною для передачі сигналів, які будуть використовуватися в приймачі для отримання та підтримки синхронізації. У цьому випадку може виникнути питання, чому розробник системи зв'язку взагалі повинен розглядати проект системи, що вимагає високого ступеня синхронізації. Відповідь: покращена продуктивність та універсальність.

Розглянемо звичайне комерційне аналогове АМ-радіо, яке може бути важливою частиною системи широкомовного зв'язку, що включає центральний передавач та безліч приймачів. Ця системазв'язку не синхронізовано. У той же час смуга пропускання приймача повинна бути достатньо широкою, щоб включати не тільки інформаційний сигнал, але й будь-які несучі флуктуації, що виникають внаслідок ефекту Доплера або дрейфу опорної частоти передавача. Ця вимога до смуги пропускання передавача означає, що на детектор надходить додаткова енергія шуму, що перевищує енергію, яка теоретично потрібна для передачі інформації. Дещо складніші приймачі, що містять систему стеження за частотою несучої, можуть включати вузький смуговий фільтр, центрований на несучій, що дозволить значно знизити шумову енергію і збільшити прийняте відношення сигнал/шум. Отже, хоча звичайні радіоприймачі цілком підходять прийому сигналів від великих передавачів з відривом кілька десятків кілометрів, можуть виявитися недієздатними за менш якісних умовах.

Для цифрового зв'язку компроміси між продуктивністю та складністю приймача часто розглядаються при виборі модуляції. До найпростіших цифрових приймачів входять приймачі, розроблені для використання з бінарною схемою FSK з некогерентним виявленням. Єдина вимога – бітова синхронізація та супровід частоти. Втім, якщо в якості модуляції вибрати когерентну схему BPSK, то можна отримати ту ж ймовірність помилки біта, але при меншому відношенні сигнал/шум (приблизно на 4 дБ). Недоліком модуляції BPSK є те, що приймач вимагає точного відстеження фази, що може представляти складну конструктивну проблему, якщо сигнали мають високі доплерівські швидкості або для них характерне завмирання.

Ще один компроміс між ціною та продуктивністю зачіпає кодування з корекцією помилок. При використанні відповідних методів захисту від помилок можливе значне покращення продуктивності. У той самий час ціна, виражена у складності приймача, то, можливо висока. Для належної роботи блокового декодера потрібно, щоб приймач досягав блокової синхронізації, кадрової або синхронізації повідомлень. Ця процедура є доповненням до звичайної процедури декодування, хоча є певні коди корекції помилок, що мають вбудовану блокову синхронізацію. Згорткові коди також вимагають деякої додаткової синхронізації для отримання оптимальної продуктивності. Хоча при аналізі продуктивності згорткових кодів часто робиться припущення про нескінченну довжину вхідної послідовності, на практиці це не так. Тому для забезпечення мінімальної ймовірності помилки декодер повинен знати початковий стан (зазвичай усі нулі), з якого починається інформаційна послідовність, кінцевий стан та час досягнення кінцевого стану. Знання моменту закінчення початкового стану та досягнення кінцевого стану еквівалентне наявності кадрової синхронізації. Крім того, декодер повинен знати, як згрупувати символи каналу для ухвалення рішення під час розгалуження. Ця вимога також стосується синхронізації.

Наведене вище обговорення компромісів велося з погляду співвідношення між продуктивністю і складністю окремих каналів і приймачів. Варто зазначити, що здатність синхронізувати також має значні потенційні наслідки, пов'язані з ефективністю та універсальністю системи. Кадрова синхронізація дозволяє використовувати передові, універсальні методи множинного доступу, подібні до схем множинного доступу з наданням каналів на вимогу (DAMA). Крім того, використання методів розширення спектру – як схем множинного доступу, так і схем придушення інтерференції – потребує високого рівня синхронізації системи. Ці технології пропонують можливість створення дуже різнобічних систем, що є дуже важливою властивістю при зміні системи або впливу навмисних або ненавмисних перешкод від різних зовнішніх джерел.

Висновок

У першому розділі моєї роботи описано принципи побудови бездротових телекомунікаційних систем зв'язку: наведено схему побудови системи стільникового зв'язку, вказано методи поділу абонентів у стільниковому зв'язку та відзначено переваги (конфіденційність та завадостійкість) кодового поділу порівняно з тимчасовим та частотним, а також розглянуто поширені стандарти бездротової зв'язку DECT, Bluetooth та Wi-Fi (802.11, 802.16).

Далі розглянуто кореляційні та спектральні властивості сигналів і, для прикладу, наведено розрахунки спектрів деяких сигналів (прямокутного імпульсу, гаусівського дзвону, згладженого імпульсу) та автокореляційних функцій поширених у цифровому зв'язку сигналів Баркера та функцій Уолша, а також зазначені типи складних сигналів.

У третьому розділі наведено методи модуляції складних сигналів: методи фазової маніпуляції, модуляція з мінімальним частотним зрушенням (один із методів модуляції з безперервною фазою), квадратурна амплітудна модуляція; та зазначені їх переваги та недоліки.

Остання частина роботи містить розгляд ймовірностей помилок розрізнення М відомих і флуктуючих М сигналів на тлі перешкод, а також алгоритм розрахунку помилок розрізнення М ортогональних сигналів з невідомим тимчасовим положенням в асинхронних системах зв'язку з кодовим поділом.

Список літератури:

1. Ратинський М.В. Основи стільникового зв'язку / За ред. Д. Б. Зіміна - М.: Радіо і зв'язок, 1998. - 248 с.

2. Скляр Б. Цифровий зв'язок. Теоретичні основи та практичне застосування, 2-ге видання: Пер. з англ. - М.: Видавничий дім "Вільямс", 2003. - 1104 с.

3. Шахнович І. Сучасні технології бездротового зв'язку. Москва: Техносфера, 2004. - 168 с.

4. Баскаков С.І. Радіотехнічні ланцюги та сигнали: Навч. для вузів за спец. "Радіотехніка". - 3-тє вид., Перероб. та дод. - М.: Вищ. шк., 2000. - 462 с.

5. Шумоподібні сигнали у системах передачі інформації. За ред. проф. В.Б. Пестрякова. М., «Рад. радіо», 1973. - 424 с.

6. Варакін Л.Є. Системи зв'язку із шумоподібними сигналами. - М.: Радіо і зв'язок, 1985. - 384 с.

7. Вишневський В.М., Ляхов А.І., Портний С.Л., Шахнович І.В. Широкосмугові бездротові мережіпередачі інформації. Москва: Техносфера, 2005. - 592 с.

8. Радченко Ю.С., Радченко Т.О. Ефективність кодового поділу сигналів із невідомим часом приходу. Праці 5 міжнар. конф. "Радіолокація, навігація, зв'язок" - RLNC-99, Воронеж, 1999, т.1, с. 507-514.

9. Радіотехнічні системи: Навч. для вузів за спец. «Радіотехніка»/Ю.П. Гришин, В.П. Іпатов, Ю.М. Казарінов та ін; За ред. Ю.М. Казарінова. - М.: Вищ. шк., 1990. - 469 с.

Класифікація мереж

В основу класифікації ТВС покладено найбільш характерні функціональні, інформаційні та структурні ознаки.

За ступенем територіальної розосередженостіелементів мережі (абонентських систем, вузлів зв'язку) розрізняють глобальні (державні), регіональні та локальні обчислювальні мережі (ГВС, РВС та ЛВС).

За характером функцій, що реалізуютьсямережі поділяються на обчислювальні (основні функції таких мереж - обробка інформації), інформаційні (для отримання довідкових даних на запит користувачів), інформаційно-обчислювальні, або змішані, в яких у певному, непостійному співвідношенні виконуються обчислювальні та інформаційні функції.

За способом керуванняТВС діляться на мережі з централізованим(У мережі є один або кілька керуючих органів), децентралізованим(кожна АС має засоби для управління мережею) та змішаним керуванням,у яких у певному поєднанні реалізовано принципи централізованого та децентралізованого управління (наприклад, під централізованим управлінням вирішуються лише завдання з вищим пріоритетом, пов'язані з обробкою великих обсягів інформації).

Щодо організації передачі інформаціїмережі поділяються на мережі із селекцією інформації та маршрутизацією інформації. У мережах із селекцією інформації,що будуються на основі моноканалу, взаємодія АС проводиться вибором (селекцією) адресованих їм блоків даних (кадрів): всім АС мережі доступні всі кадри, що передаються в мережі, але копію кадру знімають тільки АС, яким вони призначені. У мережах з маршрутизацією інформаціїДля передачі кадрів від відправника до одержувача можна використовувати кілька маршрутів. Тому за допомогою комунікаційних систем мережі вирішується завдання вибору оптимального (наприклад, найкоротшого часу доставки кадру адресату) маршруту.

За типом організації передачі данихмережі з маршрутизацією інформації поділяються на мережі з комутацією ланцюгів (каналів), комутацією повідомлень та комутацією пакетів. У експлуатації перебувають мережі, у яких використовуються змішані системи передачі.

За топологією,тобто. Зміни елементів у ТВС, мережі поділяються на два класи: широкомовні та послідовні. Широкомовні зміни і значної частини послідовних змін (кільце, зірка з інтелектуальним центром, ієрархічна) характерні ЛВС. Для глобальних та регіональних мереж найбільш поширеною є довільна (коміркова) топологія. Знайшли застосування також ієрархічна конфігурація та “зірка”.

У широкомовних конфігураціях у будь-який час на передачу кадру може працювати лише одна робоча станція (абонентна система). Інші PC мережі можуть приймати цей кадр, тобто. такі зміни притаманні ЛОМ з селекцією інформації. Основні типи широкомовної конфігурації – загальна шина, дерево, зірка з пасивним центром. Головні переваги ЛОМ із загальною шиною - простота розширення мережі, простота використовуваних методів управління, відсутність необхідності в централізованому управлінні, мінімальна витрата кабелю. ЛОМ з топологією типу "дерево" - це найбільш розвинений варіант мережі з шинною топологією. Дерево утворюється шляхом з'єднання кількох шин активними повторювачами або пасивними розмножувачами ("хабами"), кожна гілка дерева є сегментом. Відмова одного сегмента не призводить до виходу з експлуатації інших. У ЛОМ з топологією типу "зірка" в центрі знаходиться пасивний з'єднувач або активний повторювач - досить прості та надійні пристрої.

У послідовних конфігураціях, притаманних мереж з маршрутизацією інформації, передача даних здійснюється послідовно від однієї PC до сусідньої, причому різних ділянках мережі можуть використовуватися різні видифізичного середовища.

До передавачів і приймачів тут висуваються нижчі вимоги, ніж у широкомовних змінах. До послідовних конфігурацій відносяться: довільна (коміркова), ієрархічна, кільце, ланцюжок, зірка з інтелектуальним центром, сніжинка. У ЛОМ найбільшого поширення набули кільце і зірка, і навіть змішані зміни - зірково-кільцева, зірково-шинна.

У ЛОМ з кільцевою топологією сигнали передаються лише одному напрямку, зазвичай проти годинникової стрілки. Кожна ПК має пам'ять об'ємом до цілого кадру. При переміщенні кадру кільцем кожна PC приймає кадр, аналізує його адресне поле, знімає копію кадру, якщо він адресований даної PC, ретранслює кадр. Природно, що це уповільнює передачу даних у кільці, причому тривалість затримки визначається числом PC. Видалення кадру з кільця проводиться зазвичай станцією-відправником. У цьому випадку кадр здійснює по кільцю повне коло та повертається до станції-відправника, який сприймає його як квитанцію – підтвердження отримання кадру адресатом. Видалення кадру з кільця може здійснюватися і станцією-одержувачем, тоді кадр не здійснює повного кола, а станція-відправник не отримує квитанції-підтвердження.

Кільцева структура забезпечує досить широкі функціональні можливостіЛОМ при високій ефективності використання моноканалу, низької вартості, простоті методів управління, можливості контролю працездатності моноканалу.

У широкомовних та більшості послідовних конфігурацій (за винятком кільця) кожен сегмент кабелю повинен забезпечувати передачу сигналів в обох напрямках, що досягається: у напівдуплексних мережах зв'язку - використанням одного кабелю для послідовної передачі у двох напрямках; у дуплексних мережах – за допомогою двох односпрямованих кабелів; у широкосмугових системах - застосуванням різної частоти, що несе, для одночасної передачі сигналів у двох напрямках.

Глобальні та регіональні мережі, як і локальні, в принципі можуть бути однорідними (гомогенними), в яких застосовуються програмно-сумісні ЕОМ, та неоднорідними (гетерогенними), що включають програмно-несумісні ЕОМ. Однак, враховуючи довжину ГВП і РВС і велику кількість використовуваних в них ЕОМ, такі мережі найчастіше бувають неоднорідними.

Основна функція телекомунікаційних систем (ТКС), або систем передачі (СПД) полягає у організації оперативного і надійного обміну інформацією між абонентами. Головний показник ефективності ТКС - час доставки інформації - залежить від ряду факторів: структури мережі зв'язку, пропускної спроможності ліній зв'язку, способів з'єднання каналів зв'язку між взаємодіючими абонентами, протоколів інформаційного обміну, методів доступу абонентів до середовища, методів маршрутизації пакетів.

Типи мереж, ліній та каналів зв'язку.У ТВС використовують мережі зв'язку - телефонні, телеграфні, телевізійні, супутникові. Як лінії зв'язку застосовуються: кабельні (звичайні телефонні лінії зв'язку, кручена пара, коаксіальний кабель, волоконнооптичні лінії зв'язку (ВОЛС, або світловоди), радіорелейні, радіолінії.

Серед кабельних лінійзв'язку найкращі показники мають світловоди. Основні їх переваги: ​​висока пропускна здатність (сотні мегабіт за секунду), обумовлена ​​використанням електромагнітних хвиль оптичного діапазону; нечутливість до зовнішніх електромагнітних полів та відсутність власних електромагнітних випромінювань, низька трудомісткість прокладання оптичного кабелю; іскро-, вибухо- та пожежобезпечність; підвищена стійкість до агресивних середовищ; невелика питома маса (ставлення погонної маси до смуги пропускання); широкі сфери застосування (створення магістралей колективного доступу, систем зв'язку ЕОМ з периферійними пристроями локальних мереж, у мікропроцесорній техніці і т.д.).

Недоліки ВОЛЗ: передача сигналів здійснюється лише в одному напрямку; підключення до світловода додаткових ЕОМ значно послаблює сигнал; необхідні для світловодів високошвидкісні модеми поки що дороги; світловоди, що з'єднують ЕОМ, повинні забезпечуватися перетворювачами електричних сигналів у світлові та назад.

У ТВС знайшли застосування такі типи каналів зв'язку:

симплексні,коли передавач і приймач зв'язуються однією лінією зв'язку, якою інформація передається лише у одному напрямів (це для телевізійних мереж зв'язку);

напівдуплексні,коли два вузли зв'язку з'єднані також однією лінією, по якій інформація передається поперемінно то в одному напрямку, то в протилежному (це характерно для інформаційно-довідкових, запит-відповідних систем);

дуплексні,коли два вузли зв'язку з'єднані двома лініями (прямою лінією зв'язку та зворотної), якими інформація одночасно передається в протилежних напрямках.

Комутовані та виділені канали зв'язку.У ТКС розрізняють виділені (некомутовані) канали зв'язку та з комутацією на час передачі інформації цими каналами.

При використанні виділених каналівзв'язку приймально-передавальна апаратура вузлів зв'язку постійно з'єднана між собою. Цим забезпечуються високий рівень готовності системи до передачі інформації, більш висока якістьзв'язку, підтримка великого обсягу графіка Через порівняно високі витрати на експлуатацію мереж з виділеними каналами зв'язку їх рентабельність досягається лише за умови досить повного завантаження каналів.

Для комутованих каналівзв'язку, створюваних тільки на час передачі фіксованого обсягу інформації, характерні висока гнучкість та порівняно невелика вартість(При малому обсязі трафіку). Недоліки таких каналів: втрати часу на комутацію (встановлення зв'язку між абонентами), можливість блокування через зайнятість окремих ділянок лінії зв'язку, нижчу якість зв'язку, більшу вартість за значного обсягу трафіку.

Аналогове та цифрове кодуванняцифрових даних.Пересилання даних від одного вузла ТКС до іншого здійснюється послідовною передачею всіх біт повідомлення від джерела до пункту призначення. Фізично-інформаційні біти передаються у вигляді аналогових або цифрових електричних сигналів. Аналоговиминазиваються сигнали,які можуть становити незліченну кількість значень деякої величини в межах обмеженого діапазону. Цифрові(дискретні) сигналиможуть мати один або кінцевий набір значень. При роботі з аналоговими сигналами для передачі закодованих даних використовується аналоговий сигнал синусоїдальної форми, а при роботі з цифровими сигналами - дворівневий дискретний сигнал. Аналогові сигнали менш чутливі до спотворення, зумовленого згасанням в середовищі, зате кодування і декодування даних простіше здійснюються для цифрових сигналів.

Аналогове кодуваннязастосовується при передачі цифрових даних по телефонних (аналогових) лініях зв'язку, що домінують у регіональних та глобальних ТВС та спочатку орієнтованим на передачу акустичних сигналів (промови). Перед передачею цифрові дані, що надходять зазвичай з ЕОМ, перетворюються на аналогову форму за допомогою модулятора-демодулятора (модему), що забезпечує цифро-аналоговий інтерфейс.

Можливі три способи перетворення цифрових даних в аналогову форму або три методи модуляції:

амплітудна модуляція,коли змінюється тільки амплітуда несучої синусоїдальних коливань відповідно до послідовності інформаційних бітів, що передаються: наприклад, при передачі одиниці амплітуда коливань встановлюється великий, а при передачі нуля -малий або сигнал несучої взагалі відсутня;

частотна модуляція,коли під дією модулюючих сигналів (інформаційних бітів, що передаються) змінюється тільки частота несучої синусоїдальних коливань: наприклад, при передачі нуля - низька;

фазова модуляція,коли відповідно до послідовності інформаційних бітів, що передаються, змінюється тільки фаза несучої синусоїдальних коливань: при переході від сигналу 1 до сигналу 0 або навпаки фаза змінюється на 180 град.

Передавальний модем перетворює (модулює) сигнал несучої синусоїдальних коливань (амплітуду, частоту або фазу) таким чином, щоб він міг нести сигнал, що модулює, тобто. цифрові дані від ЕОМ чи терміналу. Зворотне перетворення (демодуляція) здійснюється модемом, що приймає. Відповідно до реалізованого методу модуляції розрізняють модеми з амплітудною, частотною і фазовою модуляцією. Найбільшого поширення набули частотна та амплітудна модуляції.

Цифрове кодуванняцифрових даних виконується безпосередньо шляхом зміни рівнів сигналів, що несуть інформацію.

Наприклад, якщо ЕОМ цифрові дані представляються сигналами рівнів 5В для коду 1 і 0,2В для коду 0, то при передачі цих даних в лінію зв'язку рівні сигналів перетворюються відповідно +12В і -12В. Таке кодування здійснюється зокрема за допомогою асинхронних послідовних адаптерів RS-232-C при передачі цифрових даних від одного комп'ютера до іншого на невеликі (десятки і сотні метрів) відстані.

Синхронізація елементів ТКС.Синхронізація – це частина протоколу зв'язку. У процесі синхронізації зв'язку забезпечується синхронна робота апаратури приймача і передавача, при якій приймач здійснює вибірку інформаційних бітів (тобто замір рівня сигнал у лінії зв'язку) суворо в моменти їх приходу. Синхросигнали налаштовують приймач на повідомлення, що передається ще до його приходу підтримують синхронізацію приймача з приходять бітами даних.

Залежно від способів вирішення проблеми синхронізації розрізняють синхронну передачу, асинхронну передачу та передачу з автопідстроюванням.

Синхронна передачавідрізняється наявністю додаткової лінії зв'язку (крім основної, за якою передаються дані) передачі синхронізуючих імпульсів (СІ) стабільної частоти. Кожен СІ підлаштовує приймач. Видача біт даних у лінію зв'язку передавачем і вибірка інформаційних сигналів приймачем проводяться в моменти появи СІ. У синхронній передачі синхронізація здійснюється дуже надійно, проте цією досягається дорогою ціною - необхідністю додаткової лінії зв'язку.

Асинхронна передачане потребує додаткової лінії зв'язку. Передача даних здійснюється невеликими блоками фіксованої довжини (як правило, байтами). Синхронізація приймача досягається тим, що перед кожним байтом, що передається, посилається додатковий біт - стартбіт, а після переданого байта - ще один додатковий біт -стопбіт. Для синхронізації використовується стартбіт. Такий спосіб синхронізації може використовуватися лише в системах із низькими швидкостями передачі даних.

Передача з автопідстроюванням,також не потребує додаткової лінії зв'язку, застосовується у сучасних високошвидкісних системах передачі. Синхронізація досягається за рахунок використання самосинхронізуючих кодів(СК). Кодування даних за допомогою СК полягає в тому, щоб забезпечити регулярні та часті зміни (переходи) рівнів сигналу в каналі. Кожен перехід рівня сигналу від високого до низького або навпаки використовується для підстроювання приймача. Найкращими вважаються такі СК, які забезпечують перехід рівня сигналу не менше одного разу протягом інтервалу часу, необхідного на прийом одного інформаційного біта. Чим частіше переходи рівня сигналу, тим надійніше здійснюється синхронізація приймача і впевненіше проводиться ідентифікація бітів даних, що приймаються.

Найбільш поширеними є такі самосинхронізуючі коди:

NRZ-код (код без повернення до нуля);

RZ-код (код із поверненням до нуля);

Манчестерський код;

Біполярний код із почерговою інверсією рівня (наприклад, код AMI).

Рис.Схеми кодування повідомлення за допомогою кодів, що самосинхронізують

На рис. представлені схеми кодування повідомлення 0101100 за допомогою цих СК.

Для характеристики та порівняльної оцінки СК використовуються наступні показники:

рівень (якість) синхронізації;

Надійність (впевненість) розпізнавання та виділення прийнятих інформаційних бітів;

Необхідна швидкість зміни рівня сигналу лінії зв'язку при використанні СК, якщо пропускна здатність лінії задана;

Складність (і, отже, вартість) устаткування, що реалізує СК.

Цифрові мережі зв'язку (ЦСС).В останні роки в ТВС все більшого поширення набувають цифрові мережі зв'язку, в яких використовується цифрова технологія.

Причини поширення цифрової технології у мережах:

Цифрові пристрої, що використовуються в ЦСС, виробляються на основі інтегральних схем високої інтеграції; в порівнянні з аналоговими пристроями вони відрізняються великою надійністю та стійкістю в роботі та, крім того, у виробництві та експлуатації, як правило, дешевше;

Цифрову технологіюможна використовувати передачі будь-якої інформації по одному каналу (акустичних сигналів, телевізійних відеоданих, факсимільних даних);

Цифрові методи долають багато обмежень передачі та зберігання, які притаманні аналоговим технологіям.

У ЦСС під час передачі інформації здійснюється перетворення аналогового сигналу в послідовність цифрових значень, а прийомі - зворотне перетворення.

Аналоговий сигнал проявляється як постійна зміна амплітуди у часі. Наприклад, при розмові по телефону, який діє як перетворювач акустичних сигналів в електричні, механічні коливання повітря (чергування високого та низького тиску) перетворюються на електричний сигнал з такою самою характеристикою амплітуди, що огинає. Однак безпосередня передача аналогового електричного сигналу по телефонній лінії зв'язку пов'язана з низкою недоліків: спотворенням сигналу внаслідок його нелінійності, яка збільшується підсилювачами, загасанням сигналу при передачі через середовище, схильністю до впливу шумів в каналі та ін.

У ЦСС ці недоліки переборні. Тут форма аналогового сигналу представляється у вигляді цифрових (двійкових) образів, цифрових значень, що представляють відповідні значення амплітуди, що огинає, синусоїдальних коливань в точках на дискретних рівнях. Цифрові сигнали також схильні до ослаблення і шумів при їх проходженні через канал, проте на приймальному пункті необхідно відзначати лише наявність або відсутність двійкового цифрового імпульсу, а не його абсолютне значення, яке важливо у випадку аналогового сигналу. Отже, цифрові сигнали приймаються надійніше, їх можна повністю відновити, перш ніж вони через згасання стануть нижчими від порогового значення.

Перетворення аналогових сигналів на цифрові здійснюється різними методами. Один з них - імпульсно-кодова модуляція(ІКМ), запропонована 1938 р. А.Х. Рівсом (США). При використанні ІКМ процес перетворення включає три етапи: відображення, квантування та кодування (рис. 12.2).

Рис. 12.2.Перетворення аналогового сигналу на 8-елементний цифровий код

Перший етап (відображення)заснований на теорії відображення Найквіста. Основне положення цієї теорій свідчить: "Якщо аналоговий сигнал відображається на регулярному інтервалі з частотою не менше ніж у два рази вище за максимальну частоту вихідного сигналу в каналі, то відображення буде містити інформацію, достатню для відновлення вихідного сигналу". При передачі акустичних сигналів (промови), що представляють їх електричні сигнали в телефонному каналі займають смугу частот від 300 до 3300 Гц. Тому в ЦСС прийнята частота відображень, що дорівнює 8000 разів на секунду. Відображення, кожне з яких називається сигналом імпульсно-амплітудної модуляції (ІАМ), запам'ятовуються, а потім трансформуються у двійкові образи.

На етапі квантуваннякожному сигналу ІАМ надається квантоване значення, що відповідає найближчому рівню квантування. І ЦСС весь діапазон зміни амплітуди сигналів ІАМ розбивається на 128 чи 256 рівнів квантування. Чим більше рівнів квантування, тим точніше амплітуда ІАМ-сигналу є квантованим рівнем.

На етапі кодуваннякожному квантованому відображенню ставиться у відповідність 7-розрядний (якщо кількість рівнів квантування дорівнює 128) або 8-розрядний (при 256-кроковому квантуванні) двійковий код. На рис. 12.2 показані сигнали 8-елементного двійкового коду 00101011, що відповідає квантовому сигналу з рівнем 43. При кодуванні 7-елементними кодами швидкість передачі даних по каналу повинна становити 56 Кбіт/с (це добуток частоти відображення на розрядність двійкового коду), а елементними кодами – 64 Кбіт/с.

У сучасних ЦСС використовується й інша концепція перетворення аналогових сигналів в цифрові, коли квантуються і потім кодуються не самі сигнали ИАМ, лише їх зміни, причому кількість рівнів квантування приймається так само. Очевидно, що така концепція дозволяє перетворювати сигнали з більшою точністю.

Супутникові мережі зв'язку.Поява супутникових мереж зв'язку викликала таку ж революцію передачі інформації, як винахід телефону.

Перший супутник зв'язку було запущено 1958 р., а 1965 р. запущено перший комерційний супутник зв'язку (обидва - США). Ці супутники були пасивними, пізніше на супутниках стали встановлювати підсилювачі та приймальну апаратуру.

Для управління передачею даних між супутником та наземними РТС використовуються такі способи:

1. Звичайне мультиплексування -з частотним поділом та тимчасовим поділом. У першому випадку весь частотний спектр радіоканалу поділяється на підканали, які розподіляються між користувачами передачі будь-якого графіка.

Недоліки такого способу: при нерегулярному веденні передач підканали використовуються нераціонально; значна частина вихідної смуги пропускання каналу використовується як розділова смуга для запобігання небажаному впливу підканалів один на одного. У другому випадку весь тимчасовий спектр ділиться між користувачами, які на розсуд розпоряджаються наданими тимчасовими квантами (слотами). Тут також можливе простоювання каналу через нерегулярне його використання.

2. Звичайна дисципліна “первинний/вторинний” звикористанням методів та засобів опитування/вибору. Як первинний орган, що реалізує таку дисципліну управління супутниковим зв'язком, частіше виступає одна з наземних РТС, а рідше - супутник. Цикл опитування та вибору займає значний час, особливо за наявності у мережі великої кількості АС. Тому час реакції на запит користувача може виявитися йому неприйнятним.

3. Дисципліна управління типу “первинний/вторинний”без опитування, з реалізацією методу множинного доступу із квантуванням часу (ТДМА).Тут слоти призначаються первинною РТС, званою еталонної.Приймаючи запити з інших РТС, еталонна станція залежно від характеру графіка і зайнятості каналу задовольняє запити шляхом призначення станціям конкретних слотів передачі кадрів. Такий метод широко використовується у комерційних супутникових мережах.

4. Рівнорангові дисципліни управління.Їх характерно, що це користувачі мають рівне право доступу до каналу і між ними відбувається суперництво за канал. На початку 70-х років М.Абрамсон із Гавайського університету запропонував метод ефективного суперництва за канал між некоординованими користувачами, названий системою ALOHA. Існує кілька варіантів цієї системи: система, що реалізує метод випадкового доступу (випадкова ALOHA); рівнорангова пріоритетна слотова система (слотова ALOHA) та ін.

До основним перевагамсупутникових мереж зв'язку належать такі:

Велика пропускна спроможність, обумовлена ​​роботою супутників у широкому діапазоні гігагерцових частот. Супутник може підтримувати кілька тисяч мовних каналів зв'язку. Наприклад, один із комерційних супутників, що використовуються в даний час, має 10 транспондерів, кожен з яких може передавати 48 Мбіт/с;

Забезпечення зв'язку між станціями, розташованими на дуже великих відстанях, та можливість обслуговування абонентів у найважче точках;

Незалежність вартості передачі інформації від відстані між взаємодіючими абонентами (вартість залежить від тривалості передачі або обсягу графіка, що передається);

Можливість побудови мережі без фізично реалізованих комутаційних пристроїв, обумовлена ​​широкомовністю роботи супутникового зв'язку. Ця можливість пов'язана зі значним економічним ефектом, який може бути отриманий порівняно з використанням звичайної безпутникової мережі, що базується на численних фізичних лініях зв'язку та комунікаційних пристроях.

Недолікисупутникових мереж зв'язку:

Необхідність витрат коштів та часу на забезпечення конфіденційності передачі даних, запобігання можливості перехоплення даних “чужими” станціями;

Наявність затримки прийому радіосигналу наземною станцією через великі відстані між супутником і РТС. Це може спричинити проблеми, пов'язані з реалізацією канальних протоколів, а також часом відповіді;

Можливість взаємного перекручування радіосигналів від наземних станцій, що працюють на сусідніх частотах;

Схильність сигналів на ділянках Земля - ​​супутник та супутник -Земля впливу різних атмосферних явищ.

Для вирішення проблем із розподілом частот у діапазонах 6/4 та 14/12 ГГц та розміщенням супутників на орбіті необхідна активна співпраця багатьох країн, що використовують техніку супутникового зв'язку.

2 Два корені комп'ютерних мережОбчислювальна та телекомунікаційна технології Еволюція телекомунікацій Еволюція обчислювальної техніки Еволюція комп'ютерних мереж Еволюція комп'ютерних мереж на стику обчислювальної техніки та телекомунікаційних технологій

3 Телекомунікаційні системи 1. Основні відомості про телекомунікаційних системах Основна функція телекомунікаційних систем (ТКС), або територіальних мереж зв'язку (ТСС), полягає в організації оперативного та надійного обміну інформацією між абонентами, а також скорочення витрат на передачу даних. Поняття "територіальна" означає, що мережа зв'язку розподілена на значній території. Вона створюється на користь усієї держави, установи, підприємства або фірми, що мають відділення по району, області або по всій країні. Головний показник ефективності функціонування телекомунікаційних систем – час доставки інформації. Він залежить від ряду факторів: структури мережі зв'язку, пропускної спроможності ліній зв'язку, способів з'єднання каналів зв'язку між взаємодіючими абонентами, протоколів інформаційного обміну, методів доступу абонентів до середовища, методів маршрутизації пакетів та ін.

4 Телекомунікаційні системи 1. Основні відомості про телекомунікаційні системи Характерні особливості територіальних мереж зв'язку: різнотипність каналів зв'язку від провідних каналів тональної частоти (телефону) до оптоволоконних та супутникових; обмеженість числа каналів зв'язку між віддаленими абонентами, якими необхідно забезпечити обмін даними, телефонний зв'язок, відеозв'язок, обмін факсимільними повідомленнями; наявність такого критично важливого ресурсу, як пропускну здатність каналів зв'язку. Отже, територіальна мережа зв'язку (ТСС) це географічно розподілена мережа, що поєднує у собі функції традиційних мереж передачі (СПД), телефонних мереж і призначена передачі трафіку різної природи, з різними вероятностно-временными характеристиками.

5 Телекомунікаційні системи 1. Основні відомості про телекомунікаційні системи Типи мереж, ліній та каналів зв'язку. У ТВС використовують мережі зв'язку телефонні, телеграфні, телевізійні, супутникові. Як лінії зв'язку застосовуються: кабельні (телефонні лінії, кручена пара, коаксіальний кабель, волоконно-оптичні лінії), радіорелейні та радіолінії. Серед кабельних ліній зв'язку найкращі показники мають світловоди (тобто волоконно-оптичні лінії). Основні їх переваги: ​​висока пропускна спроможність (сотні мегабіт за секунду); нечутливість до зовнішніх полів та відсутність власних випромінювань; низька трудомісткість прокладання оптичного кабелю; іскра-, вибухо- та пожежобезпечність; підвищена стійкість до агресивних середовищ; невелика питома вага; різні сфери застосування. Недоліки: передача сигналів здійснюється лише в одному напрямку; підключення додаткових ЕОМ значно послаблює сигнал; необхідні для світловодів високошвидкісні модеми; світловоди, що з'єднують ЕОМ, повинні забезпечуватися перетворювачами електричних сигналів у світлові та назад.

6 Телекомунікаційні системи 1. Основні відомості про телекомунікаційних системах У телекомунікаційних систем знайшли застосування такі типи каналів зв'язку: симплексні, коли передавач і приймач зв'язуються одним каналом зв'язку, яким інформація передається лише одному напрямі (це притаманно ТБ мереж зв'язку); напівдуплексні, коли два вузли зв'язку з'єднані також одним каналом, по якому інформація передається поперемінно то в одному напрямку, то в протилежному (це характерно для інформаційно-довідкових, запитально-відповідних систем); дуплексні, коли два вузли зв'язку з'єднані двома каналами (прямим і зворотним), якими інформація одночасно передається в протилежних напрямках. Дуплексні канали застосовуються в системах з вирішальною та інформаційною зворотним зв'язком.

7 Телекомунікаційні системи 1. Основні відомості про телекомунікаційні системи Комутовані та виділені канали зв'язку. У мережах (ТКС, ТСС) розрізняють виділені (некомутовані) канали зв'язку та канали з комутацією на час передачі за ними інформації. При використанні виділених каналів зв'язку приймальна апаратура вузлів зв'язку постійно з'єднана між собою. Цим забезпечується високий рівень готовності системи до передачі інформації, більш висока якість зв'язку, підтримка великого обсягу трафіку. Через порівняно високі витрати на експлуатацію мереж з виділеними каналами зв'язку їх рентабельність досягається лише за умови досить повного завантаження каналів. Для комутованих каналів зв'язку, створюваних лише тимчасово передачі фіксованого обсягу інформації, характерні висока гнучкість і невелика вартість. Недоліки таких каналів: втрати часу на комутацію (встановлення зв'язку між абонентами), можливість блокування через зайнятість окремих ділянок лінії зв'язку, нижчу якість зв'язку, більшу вартість за значного обсягу трафіку.

8 Телекомунікаційні системи 1. Основні відомості про телекомунікаційні системи Аналогове та цифрове кодування цифрових даних. Пересилання даних від одного вузла мережі до іншого здійснюється послідовною передачею всіх біт повідомлення від джерела до пункту призначення. Фізично-інформаційні біти передаються у вигляді аналогових або цифрових електричних сигналів. Аналоговими називають сигнали, які можуть представляти незліченну кількість значень деякої величини в межах обмеженого діапазону. Цифрові (дискретні) сигнали можуть мати одне значення або кінцевий набір значень. При роботі з аналоговими сигналами для передачі закодованих даних використовується аналоговий сигнал синусоїдальної форми, а при роботі з цифровими сигналами двох і багаторівневий дискретний сигнал. Аналогові сигнали менш чутливі до спотворення, зумовленого згасанням в середовищі, зате кодування і декодування даних простіше здійснюється для цифрових сигналів.

10 Телекомунікаційні системи 1. Основні відомості про телекомунікаційних системах Синхронізація елементів мережі – це частина протоколу зв'язку. У процесі синхронізації забезпечується синхронна робота апаратури приймача і передавача, при якій приймач здійснює вибірку інформаційних бітів, що надходять, строго в моменти їх приходу. Розрізняють синхронну передачу, асинхронну передачу та передачу з автопідстроюванням. Синхронна передача відрізняється наявністю додаткової лінії зв'язку (крім основної) передачі синхронізуючих імпульсів (СІ) стабільної частоти. Видача бітів даних передавачем і вибірка сигналів приймачем здійснюються у моменти появи СІ. Це надійно, але потрібна додаткова лінія. Асинхронна передача не потребує додаткової лінії. Передача здійснюється невеликими фіксованими блоками, а синхронізації використовується старт-бит. У передачі з автопідстроюванням синхронізація досягається за рахунок використання кодів, що самосинхронізуються (СК). Кодування даних за допомогою СК полягає в тому, щоб забезпечити регулярні та часті зміни рівнів сигналу в каналі. Кожен перехід використовується для підстроювання приймача.

11 Супутникові мережі зв'язку (СРС). Космічні апарати (КА) зв'язку запускаються на висоту км і знаходяться на геостаціонарній орбіті, площина якої паралельна площині екватора. Три таких КА забезпечують охоплення майже всієї Землі. Взаємодія між абонентами ССС здійснюється за ланцюжком: АС-відправник інформації > передавальна наземна станція >> супутник > приймальна наземна станція >АС-одержувач. Одна наземна станція обслуговує групу довколишніх АС. Для управління передачею даних між супутником та наземними станціями використовуються такі способи. 1. Звичайне мультиплексування з частотним та тимчасовим поділом. 2. Звичайна дисципліна «первинний/вторинний» з використанням або без використання методів та засобів опитування/вибору. 3. Рівнорангові дисципліни управління з рівним правом доступу до каналу в умовах суперництва за канал. Телекомунікаційні системи 1. Основні відомості про телекомунікаційні системи передавальна наземна станція >> супутник > приймальна наземна станція >АС-одержувач. Одна наземна станція обслуговує групу довколишніх АС. Для управління передачею даних між супутником та наземними станціями використовуються такі способи. 1. Звичайне мультиплексування з частотним та тимчасовим поділом. 2. Звичайна дисципліна «первинний/вторинний» з використанням або без використання методів та засобів опитування/вибору. 3. Рівнорангові дисципліни управління з рівним правом доступу до каналу в умовах суперництва за канал. Телекомунікаційні системи 1. Основні відомості про телекомунікаційні системи">

12 Телекомунікаційні системи 1. Основні відомості про телекомунікаційних системах Основні переваги супутникових мереж зв'язку: велика пропускна спроможність, зумовлена ​​роботою супутників у широкому діапазоні гігагерц нових частот. Супутник може підтримувати кілька тисяч мовних каналів; забезпечення зв'язку між станціями, розташованими на дуже великих відстанях, та можливість обслуговування абонентів у найбільш важкодоступних точках; незалежність вартості передачі від відстані між абонентами; можливість побудови мережі без фізично реалізованих комутаційних пристроїв. Недоліки супутникових мереж зв'язку: необхідність витрат коштів і часу забезпечення конфіденційності передачі; наявність затримки прийому радіосигналу наземною станцією через великі відстані між супутником і стацією зв'язку; можливість взаємного перекручування радіосигналів від наземних станцій, що працюють на сусідніх частотах; схильність сигналів до впливу різних атмосферних явищ.

13 Телекомунікаційні системи 2. Комутація в мережах Комутація є життєво важливим елементом зв'язку абонентських систем (АС) між собою та з центрами управління, обробки та зберігання інформації в мережах. Вузли мережі підключаються до деякого устаткування, що комутує, уникаючи таким чином необхідності створення спеціальних ліній зв'язку. Комутируемой транспортної мережею називається мережу, у якій між двома (чи більше) кінцевими пунктами встановлюється зв'язок на запит. Прикладом такої мережі є телефонна мережа, що комутується. Існують такі методи комутації: - Комутація ланцюгів (каналів); комутація з проміжним зберіганням, що поділяється на комутацію повідомлень та комутацію пакетів.

15 Телекомунікаційні системи 2. Комунікація у мережах Комутація каналів (ланцюгів). При комутації каналів (ланцюгів) між кінцевими пунктами, що зв'язуються, протягом усього часового інтервалу з'єднання забезпечується обмін в реальному масштабі часу, причому біти передаються з незмінною швидкістю по каналу з постійною смугою пропускання. Переваги методу комутації ланцюгів: відпрацьованість технології комутації ланцюгів; робота у діалоговому режимі та в реальному масштабі часу; забезпечення прозорості незалежно від кількості з'єднань між АС; широка сфера застосування. Недоліки методу комутації ланцюгів: тривалий час встановлення наскрізного каналу зв'язку через очікування звільнення окремих його ділянок; необхідність повторної передачі сигналу виклику через зайнятість комутаційного пристрою в ланцюжку проходження сигналу; відсутність можливості вибору швидкостей передачі; можливість монополізації каналу одним джерелом інформації; нарощування функцій та можливостей мережі обмежено; не забезпечується рівномірність завантаження каналів зв'язку.

17 Телекомунікаційні системи 2. Комунікація у мережах Комутація повідомлень – ранній метод передачі (застосовується в електронній пошті, новинах). Технологія – «запам'ятати і надіслати». Повідомлення повністю зберігає свою цілісність у процесі його проходження від одного вузла до іншого аж до пункту призначення, а транзитний вузол неспроможна розпочинати подальшу передачу частини повідомлення, якщо ще приймається. Переваги методу: відсутність необхідності у завчасному встановленні каналу; формування маршруту з ділянок із різною пропускною спроможністю; реалізація систем обслуговування запитів з урахуванням їхніх пріоритетів; можливість згладжування пікових навантажень запам'ятовуванням потоків; відсутність втрат запитів обслуговування. Недоліки: необхідність реалізації серйозних вимог до ємності пам'яті у вузлах зв'язку прийому великих повідомлень; недостатні можливості щодо реалізації діалогового режиму та роботи в реальному масштабі часу при передачі даних; канали використовуються менш ефективно порівняно з іншими методами.

18 Телекомунікаційні системи 2. Комунікація в мережах Комутація пакетів поєднує переваги комутації каналів і комутації повідомлень. Її основні цілі: забезпечення повної доступності мережі та прийнятного часу реакції на запит для всіх користувачів, згладжування асиметричних потоків між користувачами, забезпечення мультиплексування можливостей каналів зв'язку та портів комп'ютерів мережі, розосередження критичних компонентів мережі. Дані розбиваються на короткі пакети фіксованої довжини. Кожен пакет забезпечується протокольною інформацією: коди початку та закінчення пакета, адреси відправника та одержувача, номер пакета в повідомленні, інформація для контролю достовірності даних, що передаються. Незалежні пакети одного повідомлення можуть передаватися одночасно різними маршрутами у складі дейтаграм. Пакети доставляються до пункту призначення, де їх формується початкове повідомлення. На відміну від комутації повідомлень комутація пакетів дозволяє: збільшити кількість станцій, що підключаються; легше подолати труднощі із підключенням додаткових ліній зв'язку; здійснювати альтернативну маршрутизацію, що створює підвищені зручності для користувачів; суттєво скоротити час на передачу даних, підвищити пропускну спроможність та ефективність використання мережевих ресурсів. Зараз пакетна комутація є основною передачі даних.

20 Телекомунікаційні системи 2. Комунікація в мережах Висновок по розділу Аналіз розглянутих комутаційних технологій дозволяє зробити висновок про можливість розробки комбінованого методу комутації, заснованого на використанні у певному поєднанні принципів комутації повідомлень, пакетів та забезпечує ефективніше управління різнорідним трафіком.

21 Телекомунікаційні системи 3. Маршрутизація пакетів у мережах Сутність, цілі та способи маршрутизації. Завдання маршрутизації полягає у виборі маршруту передачі від відправника до одержувачу. Йдеться насамперед про мережі з довільною (комірковою) топологією, в яких реалізується комутація пакетів. Однак у сучасних мережах зі змішаною топологією (зоряно-кільцевою, зірково-шинною, багатосегментною) реально стоїть і вирішується завдання вибору маршруту для передачі кадрів, для чого використовуються відповідні засоби, наприклад, маршрутизатори. У віртуальних мережахЗавдання маршрутизації при передачі повідомлення, що розчленовується на пакети, вирішується єдиний раз, коли встановлюється віртуальне з'єднання між відправником та одержувачем. У дейтаграмних мережах, де дані передаються у формі дейтаграм, маршрутизація виконується кожного окремого пакета. Вибір маршрутів у вузлах зв'язку телекомунікаційних мереж проводиться відповідно до алгоритму (методу) маршрутизації, що реалізується.

24 Телекомунікаційні системи 3. Маршрутизація пакетів у мережах Алгоритм маршрутизації це правило призначення вихідної лінії зв'язку передачі пакета, що базується на інформації, що міститься в заголовку пакета (адреси відправника і одержувача), інформації про завантаження цього вузла (довжина черг пакетів) і мережі загалом . Основні цілі маршрутизації полягають у забезпеченні: мінімальної затримки пакета під час його передачі від відправника до одержувача; максимальної пропускної спроможності мережі; максимального захисту пакета від загроз для інформації, що міститься в ньому; надійність доставки пакета адресату; мінімальної вартості передачі пакета адресату. Розрізняють такі методи маршрутизації: - централізована маршрутизация; - розподілена (децентралізована) маршрутизація; - Змішана маршрутизація

25 Телекомунікаційні системи 3. Маршрутизація пакетів у мережах 1. Централізована маршрутизація реалізується у мережах із централізованим управлінням. Вибір маршруту для кожного пакета здійснюється в центрі управління мережею, а вузли мережі зв'язку лише сприймають та реалізують результати розв'язання задачі маршрутизації. Таке управління маршрутизацією вразливе до відмов центрального вузла і не відрізняється високою гнучкістю. 2. Розподілена (децентралізована) маршрутизація виконується у мережах із децентралізованим управлінням. Функції управління маршрутизацією розподілені між вузлами мережі, які мають у своєму розпорядженні відповідними засобами. Розподілена маршрутизація складніша за централізовану, але відрізняється більшою гнучкістю. 3. Змішана маршрутизація характеризується тим, що в ній у певному співвідношенні реалізовані принципи централізованої та розподіленої маршрутизації. Завдання маршрутизації в мережах вирішується за умови, що найкоротший маршрут, що забезпечує передачу пакета за мінімальний час, залежить від топології мережі, пропускної спроможності та навантаження лінії зв'язку.

26 Телекомунікаційні системи 3. Маршрутизація пакетів у мережах Методи маршрутизації – проста, фіксована та адаптивна. Різниця між ними у ступені обліку зміни топології та навантаження мережі при виборі маршруту. 1. Проста маршрутизація відрізняється тим, що при виборі маршруту не враховується ні зміна топології мережі, ні зміна її навантаження. Вона не забезпечує спрямованої передачі пакетів та має низьку ефективність. Її переваги - простота реалізації та забезпечення сталої роботи мережі при виході з експлуатації окремих її елементів. Практичне застосування отримали: випадкова маршрутизація - передачі пакета вибирається одне випадкове вільне напрям. Пакет «блукає» по мережі і з ймовірністю досягає адресата. лавинна маршрутизація передбачає передачу пакета із вузла по всіх вільних вихідних лініях. Наявне явище «розмноження» пакета. Основна перевага такого методу – гарантоване забезпечення оптимального часу доставки пакету адресату. Метод може використовуватися в незавантажених мережах, коли вимоги щодо мінімізації часу та надійності доставки пакетів досить високі.

27 Телекомунікаційні системи 3. Маршрутизація пакетів у мережах 2. Фіксована маршрутизація - при виборі маршруту враховується зміна топології мережі та не враховується зміна її навантаження. Для кожного вузла призначення напрямок передачі вибирається за таблицею найкоротших маршрутів. Відсутність адаптації до зміни навантаження призводить до затримки пакетів мережі. Розрізняють одноколійну та багатоколійну фіксовані маршрутизації. Перша будується на основі єдиного шляху передачі пакетів між двома абонентами, що пов'язано з нестійкістю до відмов та перевантажень, а друга на основі декількох можливих шляхівміж двома абонентами, з яких вибирається найкращий шлях. Фіксована маршрутизація застосовується в мережах з топологією, що мало змінюється, і встановилися потоками пакетів. 3. Адаптивна маршрутизація відрізняється тим, що ухвалення рішення про спрямування передачі пакетів здійснюється з урахуванням зміни як топології, так і навантаження мережі. Існує кілька модифікацій адаптивної маршрутизації, що відрізняються тим, яка саме інформація використовується при виборі маршруту. Набули поширення локальна, розподілена, централізована та гібридна адаптивна маршрутизація (сенс зрозумілий з назви).

28 Телекомунікаційні системи 4. Захист від помилок у мережах При передачі даних одна помилка на тисячу переданих сигналів може серйозно позначитися якості інформації. Існує безліч методів забезпечення достовірності передачі інформації (захисту від помилок), що відрізняються: за коштами, за витратами часу на їх застосування, за ступенем забезпечення достовірності передачі інформації. Практичне втілення методів складається з двох частин програмної та апаратної. Співвідношення між ними може бути різним, аж до майже повної відсутності однієї з частин. Основні причини виникнення помилок при передачі в мережах: збої в якійсь частині обладнання мережі або виникнення несприятливих подій у мережі. Система передачі готова до такого і усуває їх з допомогою передбачених планом коштів; перешкоди, спричинені зовнішніми джерелами та атмосферними явищами.

29 Телекомунікаційні системи 4. Захист від помилок у мережах Серед численних методів захисту від помилок виділяються три групи методів: групові методи, завадостійке кодування та методи захисту від помилок у системах передачі зі зворотним зв'язком. З групових методів набули широкого застосування мажоритарний метод та метод передачі інформаційними блоками з кількісною характеристикою блоку. Суть мажоритарного методу у тому, що кожне повідомлення передається кілька разів (частіше втричі). Повідомлення запам'ятовуються та порівнюються, правильне вибирають за збігом «2 з 3». Інший груповий метод, який також не потребує перекодування інформації, передбачає передачу даних блоками з кількісною характеристикою блоку (число одиниць або нулів, контрольна сума символів та ін.). Якщо параметри збігаються, вважається, що блок не містить помилок. В іншому випадку на сторону, що передає, надходить сигнал з вимогою повторної передачі блоку. У сучасних ТВС такий метод набув найширшого поширення.

30 Телекомунікаційні системи 4. Захист від помилок у мережах Перешкодостійке (надлишкове) кодування передбачає розробку та використання коригувальних (перешкодостійких) кодів. Системи передачі зі зворотним зв'язком діляться: на системи з вирішальним зворотним зв'язком та системи з інформаційним зворотним зв'язком. Особливістю систем з вирішальним зворотним зв'язком є ​​те, що рішення про необхідність повторної передачі приймає приймач. Застосовується завадостійке кодування, за допомогою якого на приймальній станції здійснюється перевірка інформації, що приймається. При виявленні помилки на сторону, що передає, по каналу зворотного зв'язку посилається сигнал перезапиту, по якому інформація передається повторно. У системах з інформаційним зворотним зв'язком передача інформації здійснюється без завадового кодування. Приймач, прийнявши інформацію по прямому каналу і запам'ятавши, передає її назад, де вона порівнюється. При збігу передавач посилає сигнал докази, інакше відбувається повторна передача всієї інформації, тобто. рішення про передачу приймає передавач.

Сучасні різноманітні і охоплюють практично всі сфери життєдіяльності людини.

Побудова будь-яка ефективної мережіта інфраструктури для будь-якого призначення, чи то послуги для споживачів чи виробниче підприємство, визначає завдання забезпечення своєчасним та надійним обміном інформацією, до якої висувають все більш жорсткі вимоги.

Зростання числа користувачів систем інформації призводить до постійно зростаючого обсягу звернень, обчислень та інших операцій, що вимагають створювати системи передачі даних більшої продуктивності, масштабованості та виконання більш суворих умов безпеки та керованості мереж.
Найрізноманітніші телекомунікаційні системи оточують зараз людину. По суті, телекомунікаційною системою можна назвати практично будь-яку систему комунікацій, яка лежить в основі компаній, що надають послуги наземного та мобільного зв'язку, комп'ютерну чи кабельну. телевізійну мережу, побудовану провайдерами цих послуг, корпоративні мережірізних підприємств, незалежно від їх масштабу та профілю. Навіть, коли двоє дітей грають примітивним переговорним пристроєм, вони теж використовують найпростішу системутелекомунікацій.

У дев'ятнадцятому столітті, коли було винайдено телеграф і телефон, всі такі системи складалися з телекомунікаційних кабелів, що йдуть від абонентів до місцевих комутаторів, тобто місцеві лінії зв'язку, ряду комутаційних засобів, якими забезпечувалися комунікаційні з'єднання з абонентами, лініями або каналами зв'язку, що передавали виклики між комутаторами та, зрештою, абонентами.

Винахід радіо наприкінці ХІХ століття російським ученим Поповим А.С. стало відправною точкою майбутнього технічного перевороту у системах зв'язку. Час з початку і до середини ХХ століття відзначено виникненням телефонного обміну, електромеханічних комутаторних систем, кабелів, ретрансляторів, несучих системи, мікрохвильового обладнання, а далі, в густо заселених індустріальних районах, по всьому світу телекомунікаційні системи стали набувати широкого поширення.

Після середини минулого століття і дотепер у цій галузі продовжують розвиватися нові технології. До них відносяться супутникові та вдосконалені системи кабельного зв'язку, з'явилися і набули поширення у всіх сферах життя людини цифрова та волоконно-оптична технології, а також відеотелефонний зв'язок. Сама галузь телекомунікацій була комп'ютеризована повністю. Всі ці позитивні зміни та модернізація відіграли вирішальну роль у поширенні телекомунікаційних систем у всьому світі.
Впровадження нових технологій суттєво змінило самі системи телекомунікацій. Вони стали складнішими. Вони поєднують у собі сукупність різних методів забезпечення зв'язку й вимагають обслуговування висококласних фахівців, професійно підготовлених у різних технічних областях. Але, безсумнівно, завдяки телекомунікаціям наше життя стало динамічнішим і цікавішим!

• Як дізнатися баланс іншого абонента «МТС»: всі можливі способи Спеціальний мобільний додаток
• Відео уроки Microsoft Word для Початківців від Андрія Сухового
• Поняття та основні види архітектури ЕОМ Архітектура та принципи роботи ЕОМ
• Alcatel one touch pixi first 4024d прошивка
• Інструкція з експлуатації samsung смартфон galaxy j1
• Прошивка lg p705 андроїд 4
• Як вимкнути пін-код на андроїді
• Заводське скидання Sony Xperia XA Dual
• Програма для керування комп'ютерним залом GameClass: Встановлення та налаштування Технічний опис проекту
• Програми для вимикання комп'ютера

• Тестуємо український антивірус Zillya!
• Невідома мережа без доступу до Інтернету?
• Найкращі соціальні мережі Які соцмережі зараз популярні
• Виведення звуку на віндовс 5
• Пошта швеції відстеження поштових відправлень шведська поштова компанія
• У ноутбуці інтернет не працює через нещасні випадки
• Найкраща програма для пакетної обробки фотографій
• Програма для відновлення фотографій з карток пам'яті та інших носіїв
• TreeSize Free Розмір папок
• Панель керування Nvidia: як виправити?