tanenbaum_seti_all.pages (525408), страница 53
Текст из файла (страница 53)
Физический уровень (1 МГц), так что скорость передачи элементарных сигналов составляет 1 Мчип/с. При кодировании олного бита элементарными послсловательностями, число которых менее 100, эффективная пропускная способность СРМА вьппс, чем ВРМ, причем проблема размещения каналов решена. Из пода/огнческих соображений удобнее использовать биполярную запись и двоичный 0 обозначать — 1, а двоичную 1 обозначать +1. В скобках булсм показывать элемеитарныс послеловательиости. Так, единичный бит лля станции А будет выглядеть как ( — 1 — 1 — 1 ч-1 +1 — 1 +1 +1).
На рис. 2.39, а мы покажем элементарные последовательности четырех станций. На рис. 2.39, б изображены они же, но в бипо/шрной нотации. А:оао11о11 в:оазо111о С: а!а(110 О пса(ОООО)а А: (-1 -1 -1 +1 +1-1 +1 +1) В: (-1 -1 +1 -1 +1 +1 +1 -1) С; (-1 +1 -1 +1 +1+1 -1 -1) С: (-1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 -1) б Шесть примеров: --1— -11- 1а-- 1О1- 1111 1101 8~ С=(1+1+1+1+1+1+1+1)/8е! Зт С =(2+0+0 ьа+2+2+0+2)/8 = 1 83 с=(о+о+2+г .о-г+о-г)/в=о Зч С = (1 +1 +3 +3 +1 -1 +1-1) /8 е 1 За С = (4 +0+2+0 ьг+Π— 2ь2)/8 = 1 Зе С = (2-2 ьа-2+О-2-4ча)/8е-1 г Рис 2 ЗЭ Двоичные элементарные последовательности для четырех станций (а); биполярные элементарные двоичные последовательности (б); шесть примеров передачи (в); восстановление сигнала станции С (г) ((аждая станция имеет собственную уникальиу/о элементарную последовательность. Обозначим символом 5 вектор л/шны и для стаппии 5, а символом 5 — дополнение 5.
Все злсмснтарныс гн>еле/(оватсль//ости попарно ортогональМь/ имеем в виду, что порхшрова//иос скалярное произвеление двух различных элементарных последовательностей 5 и Т(пишется 5' ° Т) равно О. Известно, как генерировать гакис последовательности с помощью метода, известного как копти лолша. ИспользУЯ матсматичсскУю запис/ь можно выРазить скаааннос Ранее таким образом: .Т= "~ 5,.Т, .=0 и ь~ (2.4) с В+С А+В А+В+С А+В+С+С А+В+С+С 8, = (-1 +1 -1 +1 +1 +1 -1 -1) Зт-"(-2 О О 0+2+2 0-2) Ззе( О 0-2+2 0-2 О+2) 8,=(-1+1-э+э+1-1-1+1) За=(-4 0-2 О+2 О+2 — 2) Зе=(-2-2 0-2 0-2+4 О) Мобильная телефонная система 201 Попросту говоря, сколько одинаковых пар, столько и разных. Это свойство ортогоиальцости мы строго докажем чуть позже.
Обратите внимание: если 5 ° Т = О, то и 5' к Т также равно О. Нормированное скаяярнос произведение любой элементарной последовательности на саму себя равно 1: 5. 5 = ';"-'5,5, = ";-5; = ';"-(.1)> =1. щ,, ' ' в»м ' л»м Это действительно так, поскольку каждое из т слагаемых суммы равно 1, поэтому вся сумма равна и>.
ОГ>ратитс также внимание па то, >то 5 ° 5 = -1. В течение каждого битового интервала станция может либо передавать 1, н>- сылая свою элементарную последовательное>чь либо перелавать О, посылая дополнение к последовательности, либо может молчать и ничего не передавать. Предположим, что всс станшш сипхроипзировались но времени, то есть все последовательности начали передаваться в один и тот жс момент. Когда две или более станции пытаются осуществить одноврсмеииую передачу, их биполяриыс сигналы линейно складываются. Наиримср, если при псредачс одного элементарного сигнала три станции послали +1, а одна послала -1, то в результате получится +2. Можно рассматривать это как сложение напряжений: три станции имеют на ш >ходе +1 В, а одна имеет на выходе — 1 В.
В результате сложения получаем +2 Б. На рис. 2.39, в изображено шесть примеров передачи, в которой одновременно принимают участие одна или несколько станций. В первом примере С передает единичный бит, поэтому мы просто получаем элементарную последовательность этой станции. Во втором примерс и В, п С псрелают единичныс биты, в результате чего мы получаем сумму их б>пполяриых последовательностей, а именно: (-1 — 1+1 — 1+1+1+1 — 1)+( — 1+1 — 1+1+1+1 — 1 — 1) =(-2 000+2+2 0 — 2). В третьем примере станция А посылает 1, а станция В посылает О. Прочие молчат. В четвертом примере А и С посылают 1, пида как В посылает О.
В пятом примере все четыре станции посылают 1. Наконец, в последнем случае А, В и 0 посылают елипичиый бпт, а С посылает нулевой. Обратите внимание на то, что каждой из шести иослсловатсльпостей (от 5, до 5э), представленных на рис. 2.39, а, соответствует один б»товый интервал. Чтобы восстановить исходпьш битовый поток каждой пз стаями>к приемник Лолжси зарацес знать элеме>парные последовательности всех псрсдатчиков, с которыми ои работает. Восстаиовлсиис осуществляется путем вычисления нормированного скалярного произведения принятой последовательности (то есть линейиои суммы сип>алов всех станций) и элементарной последовательности той станции, чей исходный сигнал восстанавливается. Если припята элементарная последователыюсть 5' и приемник пь>тается понять, что псрслала станция с элементарной послсловатсльиостыо С, то производится вычисление нормированного скалярного произведения 5 е С.
Чтобы понять, как вто все работает, давайте представим себе эти две станции, А и С. Пусть обе передают елиничиый бит, в то время как станция В передает ну- 202 Глава 2. Физический уровень левой бит. Приемник получает сумму сигналов, которая равна 5 = А+ В + С и вычисляет произведение; 5еС =(А+ В+ С)еС =А «С+ В еСч-Се С =0+0+1=1. Первые два слагаемые равны пулю, потому что все пары элементарных последовательностей тщательно подбирались такими, чтобы они были ортогональными, см. выражение (2А). Теперь должно быть понятно, почему это условие должно быть наложено на элементарные последователь~ости.
Можно представить себе эту задачу и по-другому. Допустим, приемник получил вмссто суммы сигналов отдельные сигналы. В этом случае приемник будет вычислять скалярные произвсдсши каждого из пих по отдельности, а результаты складывать. Благодаря свойству ортогональности, все скалярные произведсния, кромс С е С, равны О. Сложсние с последующим вычислением скалярного произведения равносильно суммпрованшо скалярных произведений. Обратимся снова к шести примерам, показанным на рис. 2.39, в. Конкретный результат декодирования этих последовательностей представлен на рис. 2.39, г. Допустим, приемник заинтересован в извлечении потока битов, посланного станцией С, нз вссх шести последовательностей у,-ук Для этого он вычисляет каждый бит путем суммирования парных произведений принятой последовательности (5) и вектора С (см.
рис. 2.39, б), затем деления результата на 8 (так как т = 8 в данном случае). Как видите, каждьш раз находится верный бит. Это так же просто, как говорить по-франщузски! В идеальной система СРМЛ Г>ез шума емкость (то есть допустимое количество станций) может быть сколь угодно большим, как и емкость идеального бесшумного канала Найквпста может увеличиваться за счет повышения количества бит на отсчет. На практике, конечно же, физические ограничении очень сильно уменьшают емкость системы. Во-первых, мы предполагали, что все последовательности синхронизированы по времени.
На самом же дслс точную синхронизацию обеспечить нсвозможпо. Единственное что можно сделать, — это организовать форсирование приемником отправки со стороны передатчика достаточно длинной элементарной последовательности, по которой приемник мог бы осуществить синхронизацшо. Все остальные (нссинхропизированцые) посылки при этом рассматриваются как случайный шум. Если их нс очень много, базовый алгоритм декодирования работает нсплохо.
С наложением элементарных последовательностей на шумовой фон связана довольно обпшрная теория (см. РкЫзо11х и др, 1982). Как нетрудно догадаться, чем длиинсе элементарная последовательность, тем вьппе всроятность ес корректного детектирования на фопс шума. Для повышения надежности битовая послсдовательность может использовать код с коррекцией ошибок. Элементарные последовательности никогда нс используют коррекци1о ошибок.
Еше одним очсвилным допущением, которым мы пользовались в наших рассуждениях, является предположение о том, что мощности всех станций такие же, как воспринимаемые приемником. Система СРМА обычно используется в беспроводной связи, где всегда прнсутствуст базовая стационарная станция и множество мобильных станций, расположенных па разных расстояниях от нее. Уровни мощности, воспринимаемые приемником, конечно, зависят от того, на- Мобильная телефонная система 203 сколько далеко находятся передатчики. Хорошим эвристическим правилом является правило компенсации мощностей: чем слабее сигнал, припимасмый мобильным телефоном от базовой станции, тем мощнее должен быть его исходящий сигнал. Другими словами, мобильная станция, получающая слабый сигнал от базовой станции, будет посылать более мощный сигнал, чем станция, получающая мощный сигнал с БС. Мощности могут также контролироваться базовыми станциями, выдающими команды мобильным станциям увеличить или уменьшить свою мощность.
Еше мы предполагали, что приемник знает, кто отправляет ему данные. В принципе, имея достаточно мощные вычислительные возможности, базовая станция может слушать одновременно всех отправителей н исполнять алгоритм декодирования параллельно для вссх псрсдатчиков. Но об этом проще говорить, чем реализовывать. В СРМА есть еще много сложных вещей, которые мы опустили в нашем кратком рассказе. Тем пе менее, это хорошо продуманная схема, которая все шире применяется в беспроводной связи. Стандартной полосой СРМА является 1,25 МГц (против 30 кГц в Р-АМРОМ и 200 кГц в СБМ), и в этой полосе система можст обслуживать гораздо больше пользователей, чем любая другая система. Прн этом каждому пользователю предоставляется пропускная способность, которая, по крайней мере, не хужс, чем в ОБМ, а зачастую даже лучше. Инженеры, которые хотят получить более полное представление о СРМА, могут обратиться к книге (1ее апп М1!1ег, 1998).
Альтернативная схема, в которой распрсделение осуществляется нс по частотам, а по времени, описано в (Сгезро и др., 1995). Еще одну схему можно найти в (Бап' и др., 2000). Для чтения всех этих книг необходимо обладать знаниями теории связи. Мобильные телефоны третьего поколения." цифровая речь и данные Каким будет будущсс мобильной телефонии? Давайте попробуем разобраться. Развитием этой отрасли движет большое количество факторов. Во-первых, объем передаваемых ланных уже превьпцаст объем передаваемой речи в стационарных сетях, и первый показатель растет экспопснциально, тогда как последний растет довольно вяло.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
