Лекция №3. Техническое обеспечение САПР. Передача дискретных данных, страница 4

Изспектра модулированного сигнала исключается частота несущего колебания. Приемник же сначала восстанавливает частоту несущего колебания, апосле этого восстанавливает информационный сигнал.В случае DMT имеющаяся полоса частот делится на 256 подканалов по 4 кГц каждый. Проводится тестирование подканалов и в зависимости от егорезультатов подканалы загружаются в разной степени.

На чистых каналах с малым уровнем шумов могут быть использованы алгоритмы с большимискоростями, например, QAM 128, в то время, как на более зашумленных участках могут быть использованы более простые алгоритмы модуляции,например QAM-16. В случае линии ADSL используется одна пара проводов, данные кодируются на основе методов CAP или DMT, достигаютсяскорости до 8-10 Мбит/с (в направлении от роутера в полосе 1 МГц) и 1 Мбит/с (в полосе 100 кГц).

Технология аDSL использует одновременнуюпередачу TV сигнала абоненту с числом каналов до 256. Как и в случае с модемами, выигрыш от применения современного кодирования и модуляциипримерно равен 10.Формирование поднесущих по методу OFDM. Провозгласить сетку из 256 частот в полосе 1104 кГц с каналами по 4 кГц и защитными полосами312,5 Гц легко, но как ее реально получить? Ясно, что не о каких сосредоточенных фильтрах речи быть не может (см. Рис.).

Метод OFDMA (Orthogonalfrequency-division multiple access) используется в ряде проводных и беспроводных стандартов: DVB-T (цифровое эфирное/ кабельное телевидение),xDSL, VDSL. Секрет раскрывается уже в названии: Orthogonal Frequency. В технологии OFDM частотный диапазон разбивается равномерно междуподнесущими (дополнительные несущие), количество которых может доходить до нескольких тысяч. Каждому передаваемому потоку информацииназначается несколько таких поднесущих, т.е. каждый поток разбивается на N поднесущих. Поднесущие между собой ортогональны.Рис. Сравнительная полоса аналогового и цифрового фильтров.Сложные сигналы можно раскладывать не только на синусы или косинусы (или экспоненты). Существуют и другие классы «элементарных» функций,в виде суммы которых можно представить сигнал с общим свойством — «ортогональностью» (перпендикулярностью).

Если взять две ортогональныефункции и представить, что они не функции, а векторы, то между ними будет угол в 90 градусов. Если перемножить две эти функции, то получитсянуль. За этим нулѐм имеется определѐнный смысл: взаимная энергия между ортогональными сигналами равна нулю, т.е. они невзаимодействуют друг с другом. Каждая поднесущая модулируется по обычной схеме модуляции (например, квадратурная амплитудная модуляция)на низкой символьной скорости.С появлением быстрых вычислительных систем задача OFDM была реализована с помощью цифровой обработки сигналов. В основе подходалежит алгоритм быстрого преобразования Фурье. Синтетическим методом создаѐтся спектр сигнала, из которого обратным быстрымпреобразованием Фурье (IFFT) получается аналоговый сигнал.

Спектр такого сигнала уже состоит из ортогональных поднесущих, этот факт получаетсяпо определению преобразования Фурье. Непосредственное формирование сигнала после цифрового синтеза, который затем передаѐтся в антенну дляизлучения, происходит аналогично схеме QAM модуляции. В отдельности формируются квадратурные сигналы как мнимая и реальная частьсинтезируемого сложного сигнала, а затем происходит его «сборка» и передача в антенну.Вернемся к технологии DSL. Для каждого из N подканалов DMT, соответствующие ему bi биты транслируются кодером DMT в сложный символ Xi, ссоответствующей амплитудой и фазой.

Каждый символ Xi представлен на определенной частоте, с амплитудой и фазой соответствующими QAMмодуляции и может быть рассмотрен как векторное представление процесса модуляции QAM на частоте несущей fi. Каждые bi бит представляют точкуна сигнальной решетке QAM, присвоенную определенному каналу i в DMT символе. В результате получается N QAM векторов.Данные N векторов подаются на вход блок инверсного быстрого преобразования Фурье (Inverse Fast Fourier Transform – IFFT).

Данный наборпреобразуется IFFT во временную последовательность. DMT сигнал из частотного преобразуется на временной интервал, не требуется его модуляцияили фильтрация. N выходов IFFT затем подаются на конвертер, преобразующий сигнал из параллельного в последовательный. Далее осуществляетсяцифроаналоговое преобразование, с помощью ЦАП.Исходный и переданный в линию сигнал имеют вид рис. ниже. Перед отправкой непосредственно в линию обработанный DMT- символ пропускаетсячерез аналоговый полосовой фильтр, который необходим для разделения по частоте направлений передачи от пользователя и к пользователю. Сточки зрения направления передачи имеется система с частотным разделением каналов - FDM. Для приемника осуществляются обратные действия.Цифровая беспроводная связьна примере мобильных устройств.В 1947 году произошло событие, которое послужило отправной точкой для создания сотовой связи.

Сотрудник Bell Laboratories, Д. Ринг выдвинул идеюсотовой организации сетей подвижной связи. Основным принципом работы сотовых сетей считают принцип повторного использования частот. Именноон позволяет существенно повысить ее емкость и покрывать практически неограниченное пространство, применяя конечный набор частот. Враспоряжении есть три частоты (f1, f2, f3). В первой соте (ячейке) мы используем частоту f1. Во второй соте (ячейке) использовать ту же частоту мыне можем из-за явления интерференции — используем частоту f2. В третьей соте мы используем частоту f3, а в четвертой соте мы опять можемиспользовать частоту f1. Однако на практике реальный ландшафт, особенно городской, накладывает серьезные ограничения на геометрию зоныпокрытия каждой базовой станции. Отсюда появление белых пятен на карте покрытия и мест с активной интерференцией, которая ведет к помехам.Стандарт GSM-900 предусматривает работу передатчиков в двух диапазонах частот.

Полоса частот (частоты на которых передается информация)890–915 МГц используется для передачи информации с мобильной станции. Полоса частот 935–960 МГц – для передачи информации с базовой станциина мобильную станцию. При переключении каналов во время сеанса связи дуплексный разнос (разность между частотами передачи и приема)постоянен и равен 45 МГц. Разнос частот между соседними каналами связи составляет 200 кГц. В отведенной для приема/передачи полосе частотшириной 25 МГц размещаются 124 канала связи. Рассчитать частоту канала п можно по формулам:Ftx = 890 + 0,2 * n (МГц), где 1 < п < 124; Frx= FTx + 45 (МГц), где Frx и Ftx обозначают соответственно частоты приема и передачи.Основные характеристики стандарта GSMЧастоты передачи подвижной станциии приема базовой станции, МГц890-915Частоты приема подвижной станции и передачи базовой станции, МГц935-960Дуплексный разнос частот приема и передачи, МГц45Скорость передачи сообщений в радиоканале, кбит/с270,833Скорость преобразования речевого кодека, кбит/с13Ширина полосы канала связи, кГц200Максимальное количество каналов связи124Максимальное количество каналов, организуемых в базовой станции16-20Вид модуляцииGMSKИндекс модуляцииВТ 0,3Ширина полосы предмодуляционного гауссовского фильтра, кГц81,2Количество скачков по частоте в секунду217Временное разнесение в интервалах ТDМА кадра (передача/прием) для подвижной станции 2Вид речевого кодекаRPE/LTPМаксимальный радиус соты, кмдо 35Мобильные телефоны системы GSM используют принцип временного кодирования сигналов с множественным доступом или TDMA (Time DivisionMultiple Access).

Это значит, что при разговоре абонента сигналы от его телефона передаются короткими пачками импульсов — пакетами, которыевключают помимо передаваемой информации и служебную. Соответственно, аналоговые сигналы перед подачей их на модулятор должны бытьоцифрованы, и все сигналы — обработаны процессором, чтобы занять определенное для них в пакете место. На одном частотном канале (в GSMширина его полосы составляет 200 кГц) могут вести переговоры несколько абонентов одновремено.

В пределах одной соты может быть задействовано16-20 таких каналов.Каналы в системе сотовой связи стандарта GSM делятся на два класса: логические и физические. Физические каналы характеризуются их частотными параметрами - диапазоном, частотами приема и передачи базовых и мобильных станций и временными параметрами используемых временныхслотов при передаче информации от одного абонента к другому. В GSM на одном частотном канале размещают 8 физических каналов. Каждыйчастотный канал используется для организации 8 цифровых каналов. Каждый цифровой канал - это отдельный физический канал, временной слот сопределенным номером последовательности (от 1 до 8).

Передача информации организуется кадрами. Длительность кадра - 4,6 миллисекунды. В своюочередь кадр состоит из 8 слотов по 577 микросекунд. Информационное сообщение передается по радиоканалу со скоростью 270,833 кбит/с.Длительность одного информационного бита 576,9 мкс/156,25 = 3,69 мкс. Для передачи информации по каналам связи и управления, подстройкинесущих частот, обеспечения временной синхронизации и доступа к каналу связи в структуре TDMA кадра используются пять видов временныхинтервалов (окон).Логический канал – правила разделения физического канала между абонентами, например, в одном диапазоне частот одновременно работают сотнисотовых телефонов, не особо мешая друг другу.

Логический канал состоит из канала трафика, используемого для передачи речевой информации, ишироковещательного канала для передачи сигналов управления, синхронизации, идентификации, вызова и управления соединением. Его сигналпостоянно излучается каждой базовой станцией сотовой связи, а мобильная станция всегда ищет для соединения ту базовую станцию, принимаемыйсигнал которой максимален.Система синхронизации рассчитана на компенсацию абсолютного времени задержки сигналов до 233 мкс, что соответствует максимальной дальностисвязи или максимальному радиусу соты 35 км. Пакеты формируются немного короче, чем интервалы, их длительность составляет 546 мкс, чтонеобходимо для приема сообщения при наличии временной дисперсии в канале распространения.