Скляр Б. Цифровая связь (2003) (1151859), страница 181
Текст из файла (страница 181)
° 1990-е В США используются системы цифровой связи второго поколения 18-54, а также их модификации 15-136 (ТРМА) и 18-95 (СРМА). ° 2000-е Международная стандартизация цифровых систем связи третьего поколения позволит сделать роуминг доступным практически во всем мире. Среди дополнительных преимуществ нового стандарта сотовой связи — возможность подключаться к разным системам РБТХ, используя один телефон, а также доступ к системам высокоскоростной пакетной передачи данных (например, 1Р-сети).
12.8.1. СОМА/08 На рис. 11.3 и 11.7 иллюстрируется совместное использование ресурса связи для схем Е(3МА и ТГЗМА. При ГАМА различные полосы частот являются взаимно ортогональными (предполагается идеальная фильтрация). Для ТОМА взаимно ортогональными являются различные временные интервалы (предполагается идеальная синхронизация). Аналогичный случай ортогональности различных каналов для системы СРМА со скачкообразной перестройкой частоты представлен на рис.
11.14, причем подразумевается, что коды управления частотными скачками позволяют всем абонентам использовать разные временные интервалы и частоты. Графически несложно изобразить процесс передачи данных со скачкообразной перестройкой частоты и переключением временных интервалов при отсутствии конфликтных ситуаций.
Однако при использовании системы расширения спектра методом прямой последовательности (б)гесызе<)вепсе зргеаг)-зресггшп — РБ/бб) графическое представление необходимых условий ортогональности для многих пользователей, одновременно работающих в одном спектре, будет нелегкой задачей. На рис.
12.37 представлены три различных сигнала Г)Б/ББ, расширенных по широкому диапазону частот, находящемуся ниже уровня мощности шумов и интерференции. Считается, что шумы и интерференция являются гауссовыми и широкополосными; их спектральная плотность мощности равна 1Уе+ )а В связи с примером„приведенным на рис.
12.37, наиболее часто возникает вопрос, как один из этих сигналов может детектироваться, если все они находятся по соседству в спектральной области и скрыты в шумах и помехах, вызванных интерференцией. Детектор РБ/бб проверяет корреляцию полученного сигнала с псевдослучайным кодом определенного пользователя. Если псевдослучайные коды взаимно ортогональны, то в течение длительного времени приема средняя мощность всех сигналов других пользователей будет равна нулю. Если же условие взаимной ортогонапьности не выполняется, в процессе детектирования будет происходить интерференция между сигналами разных пользователей. Спектральная плотность мощности Рис 1237.
Три сигнала 1кУ/оо а одной спектральной области В системе мобильной телефонной связи с использованием СОМА сигналы разных пользователей интерферируют между собой. Это происходит по следующим причинам. 1. Корреляция двух различных расширяющих кодов, принадлежащих одному семейству идеально ортогональных длинных кодов, может не равняться нулю в течение короткого времени, такого как длительность передачи одного символа. оогь 2. Для обслуживания большого числа пользователей, как правило, необходимы длинные коды. При разработке таких кодов можно добиться малой взаимной корреляции, но при этом сложно получить идеальную взаимную ортогональность.
3. Многолучевое распространение сигнала и неидеальная синхронизация приводят к интерференции элементарных сигналов различных пользователей. Рассмотрим канал обратной связи (от мобильного устройства к базовой станции), работающий в перегруженной сотовой ячейке, Интерференция в данном случае вызвана одновременным присутствием многих сигналов СРМА и превосходит по мощности помехи, вызванные тепловым шумом. Следовательно, влиянием тепловых шумов при наличии взаимной интерференции сигналов можно пренебречь. Тогда при р!р « lр для отношения ЕД, принятого сигнала, обозначенного как (Е~/1р)ч, можно записать (12.62) Здесь б = И'„/Я вЂ” коэффициент расширения спектра сигнала, )ӄ— ширина полосы расширенного спектра, 5 — полученная мощность сигнала одного из пользователей, ! — мощность помех, вызванных интерференцией со всеми остальными пользователями. Из уравнения (12.62) следует, что даже если полученные помехи значительно превосходят по мощности сигнал пользователя, необходимую величину Ер(, можно получить за счет коэффициента расширения спектра (посредством механизма проверки корреляции с кодом).
Если базовая станция связи управляет мощностью сигнала и, следовательно, полученная мощность сигнала каждого из пользователей сбалансирована, то можно записать 1= 5х (М вЂ” !), где М вЂ” полное число пользователей, вносящих вклад в интерференцию на входе приемника. Теперь можно выразить (Е~1р) через коэффициент расширения спектра и число активных пользователей в ячейке: Еь бр5 бр5 бр (12.63) !О 1 5Х(М 1) М 1 Следует отметить, что (Е~(р „в уравнении (12.63) аналогично ЕДЛ, для приемника, получающего подавляемый сигнал в уравнении (12.41), причем У, и у соответствуют У, и Е Системы СРМА подвержены интерференции (шумы считают широкополосными и гауссовыми) независимо от того, чем она вызвана — преднамеренными помехами, случайными источниками сигналов или же самими пользователями.
Будем считать, что б, и необхолимое значение Е~!, (обозначим как (Е~1,~ 3) известны. Используя уравнение (12.63), можно записать максимально допустимое количеспю пользователей (источников интерферирующих сигналов) в сотовой ячейке для заданного уровня ошибок: бр Мпвх (Еьбе)„~ (!2.64) Отметим, что уравнение (12.63) показывает, что для перегруженной ячейки интерференция накладывает ограничения на использование технологии СРМА. К примеру, если количество активных пользователей в ячейке внезапно возрастет вдвое, то полученное Ер)1, УменьшитсЯ в два Раза.
Аналогично из УРавнениЯ (12.63) следУет, что уменьшение (Е„/!р)„, позволяет увеличить максимально допустимое количество поль- зователей. Ниже приводится список других факторов, от которых зависит число поль- зователей в ячейке. ° Разделение по секторам или коэффицневт направленного действия (КНД) антенны б„. Ячейка может быть разделена на три сектора по 120' с помощью трех направленных антенн с КНД порядка 2,5 (или 4 дБ). Данный коэффициент определяет, во сколько раз может быть увеличено количество пользователей.
° Фактор активности речи би В среднем в процессе разговора около 60% времени занимают паузы между словами и фразами, а также время слушания. Следовательно, для непосредственной передачи сигнала необходимо лишь 40% общего времени связи, т.е. время, когда один из собеседников говорит. Для каналов передачи речи данный факт позволяет увеличить количество пользователей в число раз, равное коэффициенту 6м 2,5 (нли 4 дБ). ° Фактор интерференции от внешних ячеек Но При технологии С1ЭМА может применяться 100%-нос повторное использование частоты (см. раздел 12.8.2). Все соседние ячейки могут использовать один и тот же спектр.
Тогда, кроме заданного уровня интерференции 1„внутри ячейки существует дополнительная внешняя интерференция. Если потери сигнала описываются функцией четвертой степени (см. раздел 15.2.1), мощность внешней интерференции можно считать равной 55% от полной мощности интерференции внутри ячейки [30, ЗЦ. Следовательно, полная интерференция может быть записана в виде 1,55 1„Число польэзвателей уменьшается в соответствии с коэффициентом Нм который равен 1,55 (или 1,9 дБ). ° Фактор несинхронной интерферевцип у. При оценке уровня интерференции пользователей, находящихся внутри и снаружи ячейки, бьио сделано предположение, что все используемые каналы идентичны (т.е. рабочие характеристики одинаковы для всех пользователей, передающих голосовые сипгалы). Предположим также, что интерференция, связанная с сужением, может аппроксимироваться случайной гауссовой переменной.
Будем считать, что пользователи равномерно распределенгя по плошади ячейки, а управление мощностью в каждой из ячеек идеально. Наихудший случай — когда все интерферируюшие межау собой сигналы синхронизованы по фазе и элементарному сигналу.
Для несинхронного канала связи ситуация будет лучше. В данном случае в уравнение (12.64) вводится коэффициент у, описываощий интерференцию, вследствие чего максимально возможное количесгво пользователей увеличивается по сравнению с наихудшим сценарием. Если считать, что элементарный сигнал можно графически представить в виде идеального прямоугольника„значение у равно 1,5 (31-34). Вообще, данное значение зависит от формы функции, описывающей элементарный сигнал (31). Используя коэффициенты б„бп Н, и у (а также их значения, приведенные выше), вычислим максимально возможное количество активных пользователей М'в ячейке.
М У ~ 4 ~ г х М У Р 4 У 6 к М ббпр Не * (Еь~1о) Не (12.65) Точный расчет возможностей системы С()МА намного сложнее, чем приведенный в уравнении (12.65). При выводе данной формулы считалось, что пользователи равномерно распределены по площади ячейки, а управление мощностью осуществляется идеально.
В то же время влияние теплового шума считалось ничтожно малым. Изменения информационного обмена внутри ячейки не учитывались. Не рассматривалась топология местности как фактор, влияющий на параметр я функции потерь сигнала, При уменьшении я интерференция может возрастать. Вообще, емкость системы СОМА рассматривается во многих работах, в частности на примере систем, соответствующих стандарту 18-95. Для более подробного ознакомления с этой темой стоит обратиться к работам (30-32, 35-38). В следующем разделе приводится упрошенный сравнительный анализ трех методов множественного доступа, позволяющий охарактеризовать преимушества СОМА. 12.8.2.
Сравнительный анализ аналоговой частотной модуляции, ТОМА и СОМА До использования сотовых систем связи, в 1976 году в Нью-Йорке (население которого на то время составляло более 10 миллионов человек) мобильной связью могли одновременно пользоваться лишь 543 пользователя, в то время как всего их было 3700. Концепция сотовой связи иллюстрируется на рис. 12.38. В данном примере рассматривается конфигурация из семи ячеек (одна из используемых на данный момент). Благодаря разбиению географической области на ячейки с возможностью использования одних и тех же частот в разных ячейках, бьща значительно увеличена эффективность применения частотных полос в радиотелефонных системах связи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
