Cours 6 Méthodes de division de code

(multiplexage et accès multiple) ; n principe et principales caractéristiques CDMA ; spectre étalé directement ; mà canaux multiples expansion du spectre; extension du spectre par sauts de fréquence ; extension du spectre par sauts de fréquence ; nl'ordre dans lequel les données vocales transitent par la station mobile jusqu'à ce qu'elles soient envoyées à l'antenne; euh évolution des systèmes de communication cellulaire utilisant la technologie CDMA.

6.1 Classification des systèmes de transport utilisant une seule ressource

Tout signal occupe une certaine bande de fréquences, existe depuis un certain temps, a une énergie limitée et se propage dans une certaine région de l'espace. Conformément à cela, on distingue quatre types de ressources de canal : fréquence, temps, énergie et spatiale.

Le problème de l'utilisation efficace de la ressource du canal commun s'est aggravé en raison de la nécessité d'assurer la communication dans des conditions de demandes inégales et imprévisibles des consommateurs au fil du temps. Au moment de décider ce des problèmes, du multiplexage et des méthodes d'accès multiples sont utilisés. Les concepts de « multiplexage » et « d'accès multiple » sont similaires dans la mesure où ils impliquent la répartition d'une ressource entre les utilisateurs. Dans le même temps, il existe des différences significatives entre eux.À multiplexagela ressource du canal de communication est distribuée viaéquipement terminal commun, formant e signal de groupe S Σ (t) . À accès multiple, S Σ (t) est formé à la suiteajout de signauxutilisateurs directement dans le canal (Figure 6.1 ). Sur cette photoIS source du message, PRD - émetteur, PRM - récepteur, PS destinataire du message). L'accès multiple est typique pour les chaînes satellite, les chaînes radio et les canaux de communication mobile.

Figure 6.1 Système de transmission à accès multiple

M le multiplexage est basé sur du matériel commun, UN l'accès multiple (MA) utilise des procédures spécifiques (protocoles) mises en œuvre à l'aide d'un logiciel stocké dans la mémoire de chaque terminal. Sur du riz unke 6. 2 présente des méthodes de multiplexage.

Dans la plupart des cas pourmultiplexagecanal, la source du message reçoit un signal spécial, appelé signal de canal. Les signaux de canal modulés par message sont combinés pour former un signal de groupe S gr(t) . Si l’opération d’union est linéaire, alors S gr (t) = S Σ (t) . sera un signal de groupe linéaire. Il est généralement formé par sommation linéaire de signaux de canal modulés.

Figure 6.2 - Méthodes de multiplexage

Dans les systèmes de multiplexage Raman, un signal de groupe est généré par un certain traitement logique (non linéaire), à ​​la suite duquel chaque élément du signal généré affiche des informations (une combinaison de symboles) de tous les circuits intégrés. Un exemple classique d’un tel système est le système de télégraphie à double fréquence. Quatre fréquences sont utilisées pour transmettre quatre combinaisons de symboles sur deux canaux : 1 00 f, 2 01 f, 3 10 f, 4 11 f.

Dispositif de séparation de signal de groupe linéaire SΣ(t) est un ensemble de circuits sélectifs linéaires, dont chacun sélectionne uniquement son propre signal de canal et, idéalement, ne réagit pas du tout aux signaux des autres canaux. Pour parvenir à une telle séparation idéale, il est nécessaire et suffisant que les signaux des canaux modulés constituent un ensemble de signaux linéairement indépendants. Des ensembles de signaux orthogonaux sont généralement utilisés comme tels signaux.

Dans la classe du multiplexage linéaire, en fonction du type de particularité du signal de canal, on distingue la répartition temporelle des canaux (TCD), la répartition en fréquence (FCD) et la division des canaux selon la forme des signaux, appelée division de code. de chaînes (CDC). Au lieu du terme « séparation », le terme « compactage » est également utilisé. Avec PRK, la bande de fréquence du canal commun estΔf divisé en plusieurs bandes plus étroitesΔfi , dont chacun forme un canal IC. Avec VRK, toute la bandeΔf est fourni alternativement à certains intervalles à diverses sources pour transmettre des messages. Avec QKD, il n'y a pas de division du canal commun entre les circuits intégrés, ni en fréquence ni en temps. Les signaux de canal de différents circuits intégrés, qui se chevauchent en temps et en fréquence, restent orthogonaux en raison de la différence de forme, ce qui assure leur séparation.

Des options pour combiner ces méthodes sont possibles. Ainsi, dans les communications mobiles comme méthodeaccès multipleLes combinaisons de PRK et VRK, VRK et KKK sont largement utilisées. Dans la première combinaison, chaque canal de fréquence est fourni à plusieurs utilisateurs pendant certaines périodes de temps. Pour la deuxième combinaison dans la bande de fréquenceΔf forment des canaux à répartition temporelle qui sont fournis à plusieurs utilisateurs sur la base des principes QKD.

Lors de l'organisation de la transmission d'informations multicanaux, les signaux des canaux peuvent être distribués d'une manière prédéterminée entre les sources de messages. Ce type de joint est appelé joint à canal fixe. Le système de transmission multicanal correspondant sera également appelé système àcanaux fixes. Il est également possible d'organiser une transmission d'informations multicanal lorsque les signaux des canaux ne sont pas distribués à l'avance entre les sources, mais sont alloués à chaque source selon les besoins. Ce type de sceau est appelé sceau aveccanaux lâches. Évidemment, pour une séparation correcte des canaux dans les systèmes avec des canaux non attachés, il est nécessaire de transmettre d'une manière ou d'une autre les informations d'adresse au côté récepteur.

Concepts et définitions de base introduits pourà canaux multiples systèmes, sont également applicables aux systèmesaccès multiple(MARYLAND) . À ce jour, un grand nombre de méthodes MD différentes ont été étudiées et proposées. Ils diffèrent par la manière dont la ressource du canal collectif est allouée (fixe ou dynamique), la nature des processus de prise de décision (centralisés ou distribués) et le degré d'adaptation du mode d'accès aux conditions changeantes.

L'accès multiple est typique pour les canaux satellite (dans ce cas, le terme « accès multiple » est utilisé), les canaux radio (communications radio par paquets), les canaux de communication mobile, ainsi que pour les lignes téléphoniques multipoints, les réseaux locaux.

Toutes les méthodes MD existantes peuvent être regroupées et la méthode de gestion de la distribution de la ressource du canal commun peut être sélectionnée comme base de classification (Fig. Leçon 6. 3).

Figure 6.3 - Plusieurs méthodes d'accès

Protocoles d'accès aléatoire.Avec MD aléatoire, l'ensemble de la ressource du canal de communication est représenté comme un seul canal, dont l'accès se produit de manière aléatoire, ce qui permet une collision de paquets d'informations transmises. Les correspondants sont invités à effectuer une certaine séquence d'actions afin de résoudre le conflit. Chaque utilisateur peut transférer des données vers le canal selon ses besoins, sans avoir à négocier explicitement avec d'autres utilisateurs. La présence de retour d'information permet aux correspondants en interaction de contrôler le passage des informations transmises.

Il existe deux options possibles pour mettre en œuvre une stratégie d’accès aléatoire : sans détection de porteuse et avec détection de porteuse.

Accès aléatoiresans détection de porteurest que s'il est nécessaire de transmettre des données, le terminal utilisateur commence immédiatement à transmettre des paquets. Étant donné que les paquets sont transmis sans synchronisation les uns avec les autres, ils peuvent se chevaucher, ce qui provoque des interférences mutuelles. Lorsqu'un tel conflit survient, confirmé par un signal de retour, les terminaux répètent la transmission des paquets corrompus. Pour éviter la récurrence des conflits, les intervalles de temps avant le début de la retransmission au niveau de chaque terminal sont choisis de manière aléatoire.

Accès aléatoireavec sens du porteurimplique la capacité de contrôler la transmission des informations par d'autres correspondants. En l'absence de transmission de données, des plages horaires inoccupées sont disponibles pour la transmission de leurs informations. En cas de collision, les utilisateurs retardent la transmission des paquets pendant un certain tempsΔt . Il existe actuellement deux types de protocoles :persistant et non persistant. La différence est que dans le premier cas, les utilisateurs d'objets en mouvement, dès la détection de collisions, commencent immédiatement la transmission, et dans le second cas, après un certain intervalle de temps.

Protocoles d'affectation de ressources fixesles canaux assurent une distribution statique de la ressource de canal entre les utilisateurs. Les représentants les plus typiques de ce type de protocoles sont l'accès multiple par répartition en fréquence (FDMA), l'accès multiple par répartition dans le temps (TDMA) et l'accès multiple par répartition en code (CDMA).

Une attribution fixe d'une ressource de canal ne peut pas répondre aux exigences changeantes des utilisateurs du réseau, c'est-à-dire a des contrôles stricts.

Méthodes affectations de ressources à la demandevous permettent de vous débarrasser des inconvénients inhérents aux méthodes ci-dessus, mais nécessitent des informations détaillées et claires sur les exigences des utilisateurs du réseau. En fonction de la nature des processus décisionnels, les méthodes d'attribution d'une ressource à la demande sont divisées encentralisé et distribué.

Centraliséles procédés d'attribution de ressources à la demande se caractérisent par la présence de demandes de transmission provenant des terminaux de la source du message. La décision de fournir une ressource est prise par la station centrale. Les protocoles correspondants se distinguent par la présence de canaux de réservation rigidement attribués à chaque objet en mouvement et la présence d'un poste central de contrôle. Les protocoles se caractérisent par un taux d'utilisation élevé de la bande passante de la station de base, mais sont essentiels aux perturbations du fonctionnement du système de contrôle.

Distribué les méthodes d'attribution d'une ressource à la demande diffèrent en ce que tous les utilisateurs effectuent les mêmes opérations sans recourir à l'aide d'une station centrale et utilisent des informations de service supplémentaires qui sont échangées entre eux. Tous les algorithmes de contrôle distribué nécessitent l'échange d'informations de contrôle entre les utilisateurs. Les protocoles se caractérisent par une attribution rigide de canaux de réservation à un objet en mouvement. De plus, chaque objet dispose d'un tableau d'attribution des canaux de requête. Par conséquent, tout objet en mouvement dispose à tout moment d'informations sur l'état de l'ensemble du réseau.

Combiné méthodes sont des combinaisons de procédés d'allocation de ressources antérieurs, et mettent en œuvre des stratégies dans lesquelles le choix du procédé est adaptatif pour différents utilisateurs afin d'obtenir des caractéristiques de la ressource de canal utilisée qui sont proches de l'optimum. En règle générale, le coefficient d'utilisation de la capacité du canal est considéré comme un critère d'optimalité. Sur la base de protocoles de ce type, les paramètres sont adaptés à la situation spécifique du réseau.

Ainsi, chacune des méthodes de répartition des ressources envisagées présente des avantages et des inconvénients. En pratique, il convient de disposer de l'ensemble des méthodes et d'effectuer une transition adaptative d'une méthode à l'autre sous certaines modifications des conditions opératoires.

6.2 Principe et principales caractéristiques CDMA

Populaire Le principe de fonctionnement des systèmes de communication cellulaire (CCS) avec division en code des canaux peut être expliqué comme suit je suis un exemple oh . Supposons que vous soyez assissalle d'attente de la gare. Chacun avec un camée il y a deux personnes. Un couple se parle en anglais, un autre en russe, le troisième en allemand, etc. Alors dans le hall tout le monde parle en même temps V une gamme de fréquences (parole de 3 kHz à 20 kHz), tandis que vous, en parlant avec votre adversaire, ne comprenez que lui, mais entendez tout le monde.

Principes de division du code des canaux de communication CDMAsont basés sur l'utilisation de signaux à large bande (WFS), dont la bande passante dépasse largement la bande de fréquence requise pour la transmission de messages conventionnelle, par exemple dans les systèmes de multiplexage par répartition en fréquence à bande étroite (FDMA). La principale caractéristique du ShPS est base signal, défini comme le produit de la largeur de son spectre F pour sa durée T :

B = F * T

Suite à la multiplication du signal d'une source de bruit pseudo-aléatoire par un signal d'information, l'énergie de cette dernière est répartie sur une large bande de fréquences, c'est-à-dire que son spectre s'étend. Dans les appareils radio construits X utilisant la technologie Spread Spectrum(spectre étalé),l'expansion du spectre du signal transmis est réalisée à l'aide d'une séquence pseudo-aléatoire (Pseudorandom Number, PN), qui précise l'algorithme de distribution.Chaque appareil récepteur doit connaître la séquence de codage pour décoder un message. Les appareils avec des PN différents ne s’entendent pas réellement. Étant donné que la puissance du signal est répartie sur une large bande, le signal lui-même s'avère « caché » dans le bruit et, dans ses caractéristiques spectrales, ressemble également au bruit d'un canal radio.

La méthode de transmission à large bande a été décrite en détail par K. Shannon, qui a introduit le concept de capacité de canal et établi un lien entre la possibilité de transmission d'informations sans erreur sur un canal avec un rapport signal/bruit donné et la bande de fréquences. alloué à la transmission de l’information. Pour tout rapport signal/bruit donné, un faible taux d'erreur de transmission est obtenu en augmentant la bande passante de fréquence allouée à la transmission d'informations.

Dans les systèmes de communication numérique qui transmettent des informations sous forme de symboles binaires, la durée du ShPS T et vitesse de transmission des messages AVEC lié par la relation T = 1/C . Par conséquent, la base de signal B = F/C caractérise l'expansion du spectre du ShPS (S shps ) par rapport au spectre du message.La largeur du spectre est déterminée par la durée minimale de l'impulsion ( t 0 ), c'est-à-dire F = 1/ t 0 et B = T/ t 0 = F/Δ f (Δ f largeur spectrale du signal d'information).

L'élargissement du spectre de fréquences des messages numériques transmis peut être réalisé à l'aide de différentes méthodes et/ou de leur combinaison. Listons les principaux :

1. extension directe du spectre de fréquences ( DSSS-CDMA);
2. avec spectre étalé multicanal(MC-CDMA)
3. changement brusque de la fréquence porteuse ( FHSS-CDMA).

6. 3 Spectre à étalement direct - DSSS (Spectre étalé à séquence directe)

Les canaux de trafic avec cette méthode de division de l'environnement sont créés par des applications je mange signal radio à large bande modulé par code semblable à du bruit signal transmis à un canal commun à d’autres émetteurs similaires, dans une seule large gamme de fréquences. Grâce au fonctionnement de plusieurs émetteurs, l'air dans cette gamme de fréquences devient encore plus bruyant. Chaque émetteur module le signal à l'aide d'un numéro numérique distinct actuellement attribué à chaque utilisateur. code , un récepteur configuré sur un code similaire, vous divise le signal radio du total la pièce destinée à ce récepteur. Explicitement absent temporaire ou fréquence séparation des canaux, chaque abonné utilise constamment toute la largeur du canal, transmettant un signal vers une plage de fréquences commune et recevant un signal d'une plage de fréquences commune. Dans le même temps, les canaux de réception et de transmission haut débit se situent sur des gammes de fréquences différentes et n'interfèrent pas les uns avec les autres. La bande de fréquence d'un canal est très large, conversations les abonnés se chevauchent, mais comme leurs codes de modulation de signal sont différents, ils peuvent être différenciés par le matériel et le logiciel du récepteur.

Technique extension du spectrevous permet d'augmenter le débit tout en conservant la même force de signal. Les données transmises sont combinées avec un signal pseudo-aléatoire plus rapide, semblable à du bruit, à l'aide d'une opération OU mutuellement exclusive au niveau des bits.(xor addition modulo 2) (Figure 6.4). Signal de données avec largeur d'impulsion tuberculose combiné à l'aide de l'opération OU(ajouté modulo 2)avec un code signal dont la durée d'impulsion est égale à T c (largeur bande passanteproportionnel 1/T, où T - temps de transmission d'un bit), donc la bande passante du signal avec les données est égale à 1/ T b , a la bande passante du signal reçu est égale à 1/ T c . Puisque T c est bien inférieur à T b , la bande passante du signal reçu est bien supérieure à celle du signal de données transmis d'origine. Ampleur T b / T c est la base du signal et, dans une certaine mesure, détermine la limite supérieure du nombre d'utilisateurs pris en charge par la station de base à la fois temporairement.

Figure 6.4 Codage de signal discret (domaine temporel)

À en utilisant la méthode DSSS-CDMA signal à bande étroite (Fig. pas bien 6.5 ) est multiplié par une séquence pseudo-aléatoire (PSR) avec une période de répétition T, y compris N durée de la séquence de bitsà chaque. Dans ce cas, la base SPS est numériquement égale au nombre d'éléments PSP B = N * t 0 / t 0 = N .

Dessin 6.5 Schéma fonctionnel de codage et spectre du signal

Ainsi, pour décaler la phase porteuseavec codage par déphasageun flux binaire rapide est utilisé. La bande est étendue artificiellement en augmentant le taux de transfert de données (augmentant le nombre de bits transmis).Cela se fait en remplaçant chaque bit d'information par une rafale de dix bits ou plus., appelés « chips ». Dans le même temps, la bande de fréquences s’étend proportionnellement. De telles séquences de bits sont appelées semblable à du bruit ou PN. Ces séquences binaires sont spécialement générées de telle manière qu'elles contiennent un nombre approximativement égal de zéros et de uns. Chacun des bits zéro du flux d'informations est remplacé par un code PN, et les bits uns par un code PN inversé. Cette modulation appelé modulation avec inversion de bits. À la suite de ce mélange, un signal PN est obtenu. Dans le corrélateur, un code PN non inversé qui correspond étroitement au code PN local génère un peu d'information " 0 ". Parallèlement, la séquence correspondant à " 1 ", conduit à compléter décorrélation , puisque pour ce bit d'information le code PN est inversé. Ainsi, le corrélateur produira un flux de uns pour la séquence PN inversée et un flux de zéros pour celle non inversée, ce qui signifiera la restauration des informations transmises. Parfois, un déphasage de 180 degrés est utilisé pour transmettre le flux binaire résultant, appelé BPSK (Binary Phase Shift Keying). Ou (le plus souvent) la transmission est mise en œuvre par modulation par déplacement de phase en quadrature (QPSK), c'est-à-dire que deux bits (un nombre de 0 à 4), codés par quatre déphasages différents de la fréquence porteuse, sont transmis simultanément. Un émetteur avec un code PN ne peut pas produire exactement les mêmes bandes latérales (composantes spectrales) qu'un autre émetteur utilisant un code PN différent.

La réception ShPS est effectuée par le récepteur optimal, qui pour un signal provenant du sol ness en utilisant des paramètres connus, calcule l'intégrale de corrélation

z =∫ x (t) u (t) dt,

où x(t) - le signal d'entrée, qui est la somme du signal utile u(t) et bruit n(t) (dans le cas du bruit blanc). Alors la valeur z par rapport au seuil Z . La valeur de l'intégrale de corrélation est trouvée à l'aide d'un corrélateur ou d'un filtre adapté. Le corrélateur « compresse » le spectre d'un signal d'entrée large bande en le multipliant par une copie de référence Utah) suivi d'un filtrage, qui conduit à une amélioration du rapport signal sur bruit en sortie du corrélateur en DANS fois par rapport à l’entrée.

Le gain résultant du rapport signal/bruit à la sortie du récepteur est fonction du rapport entre les largeurs de bande des signaux à large bande et en bande de base : plus l'étalement du spectre est grand, plus le gain est important. Dans le domaine temporel, cela est fonction du rapport entre le débit de transmission du flux numérique dans le canal radio et le débit de transmission du signal d'information de base. Pour la norme IS-95(première norme CDMA) le rapport est de 128fois, soit 21 dB. Cela permet au système de fonctionner à un niveau d'interférence qui dépasse le niveau du signal utile de 18 dB, car le traitement du signal à la sortie du récepteur nécessite que le niveau du signal dépasse le niveau d'interférence de seulement 3 dB. En conditions réelles, le niveau d’interférence est bien moindre. De plus, l’extension du spectre du signal (jusqu’à 1,23 MHz) peut être considérée comme une application des techniques de réception en diversité de fréquence. Un signal se propageant sur un trajet radio est sujet à un évanouissement en raison de la nature de la propagation par trajets multiples. Dans le domaine fréquentiel, ce phénomène peut être représenté comme l'effet d'un filtre coupe-bande avec une bande passante coupe-bande variable (généralement pas supérieure à 300 kHz). En norme AMPS(norme de téléphonie mobile analogique)cela correspond à la suppression de dix canaux, et dans le système CDMA seulement environ 25 % du spectre du signal est supprimé, ce qui ne pose pas de difficultés particulières pour restaurer le signal dans le récepteur(Figure 6.6) . En norme AMPS bande passante d'un canal 30 kHz, en

GSM 200 kHz). Figure 6.6 -

L'impact des interférences à bande étroite (a) et de l'évanouissement (b) sur un signal à large bande. Une caractéristique extrêmement utile des appareils DSSS est que, en raison de leur très faible niveau de puissance, sonils sont pratiquementn'interfère pas avec les appareils radio conventionnels(narrowband high power), puisque ces derniers prennent le signal large bande pour le bruit dans des limites acceptables. De l'autre côté

- les appareils conventionnels n'interfèrent pas avec les appareils à large bande, car leurs signaux à haute puissance ne sont « bruyants » que dans leur propre canal étroit et ne peuvent pas étouffer la totalité du signal à large bande. C'est comme si une lettre écrite en grand avec un crayon fin était ombrée avec un feutre épais : si les traits ne sont pas alignés, nous pourrons lire la lettre. De ce fait, on peut dire que l'utilisation des technologies haut débit permet d'utiliser la même section du spectre radioélectrique deux fois -

appareils conventionnels à bande étroite et "en plus d'eux" - le haut débit. Pour résumer, c'est possible souligner ce qui suit propriétés de la technologie ShPS, au moins pour la méthode de séquence directe :

n immunité au bruit;

petit interférence avec d'autres appareils;

À confidentialité des transmissions;

euh économique en production de masse;

V Possibilité de réutiliser la même partie du spectre.

6.4 Multicanal expansion du spectre MC-CDMA (multiporteuse)

Cette méthode est une variante du DSSS. En 1993, l'Institut des technologies des communications a introduit un nouveau système de partage synchrone. Le schéma proposé combine les avantages de la technique DS-CDMA avec un multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence efficace ( OFDM ). Le nouveau système de partage est appelé CDMA multifréquence ( MC-CDMA) ou comme OFDM-CDMA , et se caractérise par une flexibilité et une efficacité élevées dans l'utilisation de la gamme de fréquences, comparables au DS-CDMA.

Dans le système MC-CDMA, les bits après codage de canal sont convertis en puces en multipliant par la séquence de codes de séparation des utilisateurs, ce qui est nécessaire pour minimiser les interférences entre abonnés. Les fonctions orthogonales de Walsh sont utilisées pour générer ces codes. La propriété clé du système MC-CDMA est que toutes les puces associées à un bit de code sont transmisesparallèle dans les sous-canaux à bande étroite, en utilisant OFDM.

Ceci peut être visualisé en considérant cette technologie basée sur la norme 802.11(Radio-Ethernet) . Imaginons que l'ensemble de la bande de fréquences « large » soit divisée en un certain nombre de sous-canaux - (selon la norme 802.11 - 11 chaînes). Chaque bit d'information transmis est converti, selon un certain algorithme, en une séquence de 11 bits ; ces 11 bits sont transmis simultanément et en parallèle, en utilisant les 11 sous-canaux. A la réception, la séquence de bits reçue est décodée selon le même algorithme que pour le codage. Une autre paire récepteur-émetteur peut utiliser un algorithme de codage-décodage différent, et il peut y avoir de nombreux algorithmes différents.

Le résultat évident de l'utilisation de cette méthode est la protection des informations transmises contre les écoutes clandestines (un récepteur « étranger » utilise un algorithme différent et ne pourra pas décoder les informations provenant de son émetteur). Mais une autre propriété de la méthode décrite s’est avérée plus importante. Cela réside dans le fait que grâce au 11 fois redondance les transferts peuvent être effectuéssignal de très faible puissance(par rapport au niveau de puissance du signal utilisant la technologie conventionnelle à bande étroite),sans augmenter la taille des antennes. Dans ce cas, le rapport entre le niveau du signal transmis et le niveau de bruit , (c'est-à-dire une interférence aléatoire ou intentionnelle), de sorte que le signal transmis est déjà indiscernable dans le bruit général. Mais grâce à sa redondance 11 fois, l'appareil récepteur pourra toujours le reconnaître. Ceà peu près la même chose queécrit sur 11 feuilles le même mot et quelques feuilles se sont avérés écrits avec une écriture illisible, d'autres étaient à moitié effacés ou sur un morceau de papier brûlé - mais néanmoins, dans la plupart des cas, nous pourrons déterminer de quel type de mot il s'agit en comparant les 11 exemplaires.

A ce stade, une bande de fréquence de 1 est utilisée pour les systèmes MS-CDMA, 25 MHz divisés en 512 sous-porteuses. Les tests ont montré qu'ils sont moins sensibles au problème de proximité que les systèmes DS-CDMA.

6.5 Extension du spectre à sauts de fréquence

Saut de fréquence porteuse troisième méthode (Figure 6.7 ), s'effectue en ajustant rapidement la fréquence de sortie du synthétiseur conformément à la loi de formation de séquences pseudo-aléatoires (Fréquence N opping Spectrum CDMA - FHSS-CDMA). Chaque fréquence porteuse et ses bandes latérales associées doivent rester dans la bande passante déterminée par la FCC.(Commission fédérale des communications des États-Unis). Ce n'est que si le destinataire prévu connaît la séquence de sauts de fréquence de l'émetteur que son récepteur peut suivre ces sauts de fréquence.

Riz Leçon 6.7 - Expansion du spectre par saut de fréquence porteuse

Lors du codage à l'aide de la méthode de saut de fréquence (FHSS), toute la bande de fréquences allouée aux transmissions est divisée en un certain nombre de sous-canaux (selon la norme 802.11, il existe 79 de ces canaux). Chaque émetteur n'utilise qu'un seul de ces sous-canaux à la fois, passant régulièrement d'un sous-canal à l'autre. La norme 802.11 ne fixe pas la fréquence de ces sauts - elle peut être définie différemment dans chaque pays. Ces sauts se produisent de manière synchrone au niveau de l'émetteur et du récepteur selon une séquence pseudo-aléatoire prédéterminée connue des deux ; Il est clair que sans connaître la séquence de commutation, il est également impossible d'accepter la transmission.

Une autre paire émetteur-récepteur utilisera une séquence de sauts de fréquence différente, définie indépendamment de la première. Il peut y avoir plusieurs séquences de ce type dans une bande de fréquences et dans une zone de visibilité directe (dans une « cellule »). Il est clair qu'à mesure que le nombre de transmissions simultanées augmente, la probabilité de collisions augmente également lorsque, par exemple, deux émetteurs sautent simultanément sur la fréquence n° 45, chacun selon sa propre séquence, et se bloquent mutuellement. Dans les cas où deux émetteurs tentent d'utiliser la même fréquence en même temps, un protocole de résolution de collision est fourni dans lequel l'émetteur tente de renvoyer les données sur la fréquence suivante dans la séquence.

6 . 6 Réseaux basés sur CDMA

Historique et dispositions générales

1991 – Qualcomm élabore un projet de norme IS-95.

1993 - La Telecommunications Industry Association (TIA Telecommunications Industry Association) a approuvé la version de base de l'IS-95 et, en juillet 1993, la Federal Communications Commission (FCC) des États-Unis a reconnu la technologie cellulaire numérique de Qualcomm comme étant la norme IS-95 basée sur CDMA.

1995 - Exploitation du premier système commercial de communications mobiles cellulaires Par Technologie CDMA IS-95 à Hong Kong.

Les réseaux et appareils à accès multiple par répartition en code sont basés sur les normes développées par TIA. En gros, voici les normes :

Interface radio CDMA IS-95 ; Services vocaux CDMA IS-96 ;

Station mobile AMRC IS-97 ;Station de base AMRC IS-98 ;

Services de données IS-99 CDMA.

Sur la base d'une série de normes, la station cdma One de 2e génération a été mise en œuvre. Par la suite, ces idées ont été développées dans la norme du système haut débit de 3ème génération CDMA - 2000.

Principaux services :p transmission de données et de voix à des vitesses de 9,6 Kbps, 4,8 Kbps, 2,4 Kbps; m appel longue distance; r ouming (national et international); appel en attente ; n renvoi d'appel (s'il n'y a pas de réponse, si occupé); à une conférence téléphonique ; Et Indicateur d'appel en attente; g messagerie vocale ; T Transmission de texte et réception de messages.

Architecture réseau

Dans la figure 6.8 Un schéma fonctionnel généralisé du réseau radio mobile cellulaire CDMA IS-95 est présenté.

Les principaux éléments de ce réseau (BTS, BSC, MSC, OMS) sont de composition identique aux éléments utilisés dans les réseaux cellulaires à canaux temporels (par exemple GSM). La principale différence est que le réseau CDMA IS-95 comprend des dispositifs d'évaluation de la qualité et de sélection de blocs (SU Selector Unit). De plus, pour mettre en œuvre la procédure de soft handover entre les stations de base contrôlées par différents contrôleurs (BSC), des lignes de transmission sont introduites entre SU et BSC (Inter BSC Soft handover). Le centre de commutation mobile (MSC) a ajouté un transcodeur convertisseur (TCE Transcoder Equipment), qui convertit les échantillons de signaux vocaux et le format de données d'un format numérique à un autre.

Le système CDMA de Qualcomm est conçu pour fonctionner dans la gamme de fréquences de 800 MHz. Elle construit selon la méthode d'expansion directe du spectre de fréquences basée sur l'utilisation de 64 types de séquences formées selon la loi des fonctions de Walsh. Pour transmettre des messages vocaux, un dispositif de conversion vocale avec l'algorithme CELP avec un taux de conversion de 8 000 bps (9 600 bps par canal) a été sélectionné. Les modes de fonctionnement sont possibles à des vitesses de 4 800, 2 400, 1 200 bps.

La norme utilise un traitement séparé des signaux réfléchis arrivant avec des retards différents et leur addition pondérée ultérieure, ce qui réduit considérablement l'impact négatif de l'effet multitrajet. Lors du traitement des faisceaux séparément dans chaque canal de réception sur la base gares 4 corrélateurs fonctionnant en parallèle sont utilisés et 3 corrélateurs sont utilisés sur la station mobile. La présence de corrélateurs fonctionnant en parallèle permet un mode de « handover » doux lors du passage de cellule à cellule.

Figure 6.8 - Architecture du réseau CDMA

Le mode de « transfert » progressif se produit grâce au contrôle d'une station mobile par deux ou plusieurs stations de base. Le transcodeur, qui fait partie de l'équipement principal, évalue la qualité de réception des signaux de deux stations de base séquentiellement image par image. Le processus de sélection de la meilleure trame conduit au fait que le signal résultant peut être généré dans le processus de commutation continue et de « collage » ultérieur des trames reçues par différentes stations de base participant à la « transmission relais ».

Canaux de trafic et de contrôle

En CDMA, les canaux de transmission de la station de base vers la station mobile sont appelés vers l'avant. Les canaux permettant à la station de base de recevoir les informations du mobile sont appelés inverses. Pour le canal retour, IS-95 définit une bande de fréquences de 824 à 849 MHz. Pour le canal aller 869894 MHz. Les canaux aller et retour sont séparés de 45 MHz. Les données utilisateur sont conditionnées et transmises dans un canal avec une bande passante de 1,2288 Mbit/s. Capacité de charge du canal direct 128 connexions téléphoniques avec une vitesse de trafic de 9,6 Kbit/s. La composition des canaux en CDMA dans la norme IS-95 est présentée dans Figure unke 6. 9 .

Standard L'IS-95 utilise différents types de modulation pour les canaux aller et retour. Dans le canal aller, la station de base transmet simultanément des données à tous les utilisateurs de la cellule, en utilisant des codes différents pour chaque utilisateur afin de séparer les canaux. Un signal pilote est également transmis et a un niveau de puissance plus élevé, offrant aux utilisateurs la possibilité de synchroniser ations.

Figure 6.9 - Canaux de trafic et de contrôle du système CDMA

Dans le sens inverse, les stations mobiles répondent de manière asynchrone (sans utiliser de signal pilote) et le niveau de puissance arrivant à la station de base depuis chaque station mobile est le même. Ce mode est possible grâce à la surveillance de la puissance et au contrôle de la puissance des abonnés mobiles via le canal de service.

Canaux directs

Les données sur le canal de trafic aller sont regroupées dans une trame de 20 ms. Les données utilisateur, après avoir été pré-codées et formatées, sont entrelacées pour ajuster le débit de données actuel, qui peut varier. Le spectre du signal est ensuite élargi en multipliant par l'une des 64 séquences pseudo-aléatoires (basées sur les fonctions de Walsh) jusqu'à une valeur de 1,2288 Mbit/s. Chaque abonné mobile se voit attribuer une PSP, à l'aide de laquelleème ses données seront séparées des données des autres abonnés. L'orthogonalité du PRP est assurée par un codage synchrone simultané de tous les canaux de la cellule (c'est-à-dire que les fragments utilisés à chaque instant sont orthogonaux). Comme déjà mentionné, le système transmet un signal pilote (code) afin que le terminal mobile puisse contrôler les caractéristiques du canal, recevoir des horodatages, assurant ainsi une synchronisation de phase pour une détection cohérente. Pour la synchronisation du réseau mondial, le système utilise également les balises radio du GPS(Global Position System).

Composition des chaînes en direct

Le canal pilote est conçu pour établir la synchronisation initiale, contrôler le niveau du signal de la station de base en temps, fréquence et phase, et identifier la station de base.

Le canal de synchronisation (SCH Synchronizing Channel) assure le maintien du niveau d'émission du signal pilote, ainsi que la phase de la séquence pseudo-aléatoire de la station de base. Le canal de synchronisation transmet des signaux d'horloge aux terminaux mobiles à 1 200 bauds.

Le canal de diffusion de messages courts, appelé Paging Channel, est utilisé pour appeler une station mobile. Nombre de canaux jusqu'à 7 par cellule. Après avoir reçu le signal d'appel, la station mobile transmet un signal d'accusé de réception à la station de base. Ensuite, des informations concernant l'établissement d'une connexion et l'attribution d'un canal de communication sont transmises à la station mobile via le canal d'appel diffusé. Fonctionne à 9 600, 4 800, 2 400 bauds.

Le canal de trafic aller (FTCH Forward Traffic Channel) est conçu pour transmettre des messages vocaux et de données, ainsi que pour contrôler les informations de la station de base vers le mobile ; transmet toutes les données utilisateur.

CDMA utilise deux types de canaux pour fournir différents services de communication. Le premier d’entre eux est appelé le principal et le second est appelé le supplémentaire. Les services fournis via cette paire de canaux dépendent de la conception de la communication. Les canaux peuvent être adaptés à un type de service spécifique et fonctionner avec différentes tailles de trame, en utilisant n'importe quelle valeur de vitesse parmi deux plages de vitesse : RS-1 (1 200, 2 400, 4 800 et 9 600 bps) ou RS-2 (1 800, 3 600, 7 200 et 9 600 bps). 14400 points de base). La vitesse de réception est déterminée et sélectionnée automatiquement.

Chaque canal logique se voit attribuer un code Walsh différent, comme indiqué dans riz unke 6. 10 . Il peut y avoir un total de 64 canaux logiques dans un canal physique, puisqu'il n'y a que 64 séquences de Walsh auxquelles des canaux logiques sont attribués, et chacune d'elles a une longueur de 64 bits. Sur les 64 chaînes :

1. le premier code Walsh (W0), auquel correspond le canal pilote, est affecté au 1er canal ;
2. le canal suivant se voit attribuer le trente-deuxième code Walsh (W32), les sept canaux suivants se voient également attribuer leurs propres séquences Walsh (W1, W2, W3, W4, W5, W6, W7), qui correspondent aux canaux appelants ;
3. 55 canaux sont destinés à la transmission de données sur le canal de trafic direct.

Figure 6.10 - Structure de canal direct

Composition des canaux de retour

Le canal d'accès (ACH Access Channel) permet à la station mobile de communiquer avec la station de base lorsque la station mobile n'utilise pas encore de canal de trafic. Le canal d'accès est utilisé pour établir des appels et répondre aux messages envoyés via le canal de radiomessagerie, aux commandes et aux demandes d'enregistrement réseau. Les canaux d'accès sont combinés (combinés) avec les canaux d'appel.

Le canal de trafic inverse (RTCH Reverse Traffic Channel) assure la transmission de messages vocaux et d'informations de contrôle de la station mobile vers la station de base.

Principales caractéristiques systèmes

Gamme de fréquences de transmission MS	824,040 848,860 MHz
Gamme de fréquences de transmission BTS	869,040 893,970 MHz
Instabilité relative de la fréquence porteuse BTS	+/- 5*10 -8
Instabilité relative de la fréquence porteuse MS	+/- 2,5*10 -6
Type de modulation de fréquence porteuse	QPSK(BTS), O-QPSK(MS)
Largeur du spectre du signal émis :- 3 dB 40 dB	1,25 MHz 1,50 MHz
Fréquence d'horloge de la fonction M de la PSP	1,2288 MHz
Nombre de chaînes BTS sur 1 fréquence porteuse	1 canal pilote 1 canal de synchronisation Canaux pour 7 personnes. appel
55 canaux de communication	Nombre de canaux MS 1 canal d'accès
1 canal de communication Taux de transfert de données dans les canaux : - synchronisation Dans le canal d'appel et d'accès personnel	Dans les canaux de communication 1200 points de base 9 600, 4 800 points de base
9 600, 4 800, 2 400, 1 200 points de base	Codage dans les canaux de transmission BTS
Code convolutif R=1/2, K=9	Codage dans les canaux de transmission MS
Code convolutif R=1/3, K=9	Rapport d'énergie des bits d'information requis pour la réception
6-7 dB	Puissance apparente rayonnée maximale du BTS
50 W	Puissance apparente rayonnée maximale MS

6.7 6,3 1,0 W

L'ordre dans lequel les données vocales transitent par la station mobile jusqu'à ce qu'elles soient envoyées à l'antenne R. Regardons le schéma fonctionnel du canal de trafic inverse (Figure 6.11)

. Ce modèle est répété dans les canaux aller et retour ; Selon le canal actuellement utilisé, certains blocs de ce circuit sont exclus.

1. Le signal vocal entre dans le codec vocal - à ce stade, le signal vocal est numérisé et compressé à l'aide de l'algorithme CELP. Le principe est le suivant. Le flux de données est écrit dans la matrice ligne par ligne. Une fois la matrice remplie, commencez sa transmission

par colonnes. Par conséquent, lorsque plusieurs bits d'information sont déformés d'affilée à l'antenne, à la réception un paquet d'erreurs, passant par la matrice inverse, est converti en erreurs uniques. Figure 6.11 - Schéma structurel

4. Ensuite, le signal entre dans le bloc de codage (à partir d'une écoute clandestine) - un masque (séquence) de 42 bits de long est superposé aux informations. Ce masque est secret. En cas d'interception non autorisée de données à l'antenne, il est impossible de décoder le signal sans connaître le masque. La méthode d'énumération de toutes les valeurs possibles n'est pas efficace car lors de la génération de ce masque, en parcourant toutes les valeurs possibles, vous devrez générer 8, 7 000 milliards de masques 42 bits.

5. Bloc de multiplication du code Walsh - le flux de données numériques est multiplié par une séquence de bits générée par la fonction Walsh.

A ce stade du codage du signal, le spectre de fréquences est élargi, c'est-à-dire Chaque bit d'information est codé par une séquence construite à l'aide de la fonction de Walsh, longue de 64 bits. Que. le débit de données dans le canal augmente de 64 fois. Par conséquent, dans le bloc de modulation du signal, la vitesse de manipulation du signal augmente, d'où l'expansion du spectre de fréquence.

La fonction Walsh est également chargée de filtrer les informations inutiles des autres abonnés. Au début de la session de communication, l'abonné se voit attribuer la fréquence sur laquelle il travaillera et un canal logique (sur 64 possibles), qui est déterminé par la fonction Walsh. Au moment de la réception, le signal traverse le circuit en sens inverse. Le signal reçu est multiplié par la séquence de codes de Walsh. Sur la base du résultat de la multiplication, l'intégrale de corrélation est calculée.

Si le seuil Z satisfait à la valeur limite, alors le signal nous appartient. La séquence de fonctions de Walsh est orthogonale et possède de bonnes propriétés de corrélation et d'autocorrélation, donc la probabilité de confondre votre signal avec celui de quelqu'un d'autre est de 0., 01 %.

6. Bloc pour multiplier le signal par deux fonctions M (M1 - 15 bits de long, M2 - 42 bits de long) ou elles sont également appelées PSR - séquences pseudo-aléatoires - le bloc est conçu pour mélanger le signal pour le bloc de modulation. Chaque fréquence attribuée se voit attribuer une fonction M différente.

7. Bloc de modulation du signal - la norme CDMA utilise la modulation de phase PM4, OFM4.

Avantages du CDMA

1. Haute efficacité spectrale. CDMA vous permet de servir plus d'abonnés V même bande de fréquences que les autres types de séparation ( TDMA, FDAMA).
2. Allocation flexible des ressources. Avec la division par code, il n'y a pas de limitation stricte du nombre de canaux. À mesure que le nombre d'abonnés augmente, la probabilité d'erreurs de décodage augmente progressivement, ce qui entraîne une diminution de la qualité du canal, mais pas une panne de service.
3. DANS Sécurité élevée des canaux. Il est difficile de sélectionner la chaîne souhaitée sans connaître son code, puisque dans Toute cette bande de fréquences est uniformément remplie d’un signal de type bruit.
4. Les téléphones CDMA ont une puissance d'émission de crête plus faible et peuvent donc être moins nocifs.

6.8 Evolution des systèmes de communication cellulaire utilisant la technologie CDMA

Actuellement, l'équipement CDMA est le plus récent et le plus cher, mais en même temps le plus fiable et le plus sécurisé. La Communauté européenne, dans le cadre du programme de recherche RACE, développe le projet CODIT visant à créer une version du système universel de télécommunications mobiles (UMTS) basée sur le principe de division de code utilisant des signaux à spectre étalé direct à large bande.

La principale différence du concept CODIT sera l’utilisation efficace et flexible des ressources fréquentielles. Comme nous l'avons expliqué précédemment, le signal CDMA à large bande n'est pratiquement pas affecté par les interférences à bande étroite. En raison de cette propriété, la norme CODIT utilisera en outre des intervalles de garde entre les fréquences porteuses pour la transmission des données.

La technologie de division de code CDMA, en raison de sa haute efficacité spectrale, constitue une solution radicale pour l'évolution future des systèmes de communication cellulaire.

CDMA2000 est la norme 3G dans le développement évolutif des réseaux cdmaOne (basé sur IS-95 ). Tout en conservant les principes de base posés par la version IS-95A , la technologie CDMA évolue constamment.

Le développement ultérieur de la technologie CDMA s'effectue dans le cadre de la technologie CDMA2000. Lors de la construction d'un système de communication mobile basé sur la technologie CDMA2000 1X, la première phase assure la transmission de données à des vitesses allant jusqu'à 153 kbit/s, ce qui permet de fournir des services de communication vocale, de transmission de messages courts, de travailler avec le courrier électronique, Internet , bases de données, transmission de données et d'images fixes.

Transition vers la prochaine phase CDMA2000 1X EV-DO se produit en utilisant la même bande de fréquence 1,23 MHz, une vitesse de transmission jusqu'à 2,4 Mbit/s dans le canal aller et jusqu'à 153 kbit/s dans le canal retour, ce qui fait que ce système de communication répond aux exigences de la 3G et permet de fournir la gamme de services la plus large, jusqu'à la transmission vidéo en temps réel.

La prochaine phase de développement de la norme dans le sens d'une augmentation de la capacité du réseau et de la transmission de données est 1XEV-DO Rév. A : transmission de données à des débits allant jusqu'à 3,1 Mbit/s vers l'abonné et jusqu'à 1,8 Mbit/s depuis l'abonné. Les opérateurs pourront fournir les mêmes services que sur le Rev. 0 et, en outre, transmettent la voix, les données et la diffusion sur les réseaux IP. Il existe déjà plusieurs réseaux opérationnels de ce type dans le monde.

Les développeurs d'équipements de communication CDMA ont lancé une nouvelle phase 1XEV-DO Rév. B , afin d'atteindre les débits suivants sur un canal de fréquence : 4,9 Mbit/s vers l'abonné et 2,4 Mbit/s depuis l'abonné. De plus, il sera possible de combiner plusieurs canaux de fréquences pour augmenter la vitesse. Par exemple, combiner 15 canaux de fréquence (le nombre maximum possible) permettra d'atteindre des débits de 73,5 Mbit/s vers l'abonné et de 27 Mbit/s depuis l'abonné. L'application de tels réseaux a amélioré les performances des applications sensibles au temps telles que VoIP , Push to Talk, visiophonie, jeux en réseau, etc.

Les principaux éléments du succès commercial du système CDMA2000 sont une zone de service plus large, une qualité vocale élevée (presque équivalente aux systèmes filaires), la flexibilité et le faible coût d'introduction de nouveaux services, une immunité élevée au bruit et la stabilité du canal de communication contre l'interception et écouter aux portes.

La faible puissance rayonnée des émetteurs radio des appareils des abonnés joue également un rôle important. Ainsi, pour les systèmes CDMA2000, la puissance maximale rayonnée est de 250 mW. A titre de comparaison : dans les systèmes GSM-900, ce chiffre est de 2 W (par impulsion, lors de l'utilisation de GPRS+EDGE avecremplissage maximum; maximum en moyenne dans le temps au cours d'une conversation normale, environ 200 mW). Dans les systèmes GSM-1800 1 W (par impulsion, moyenne légèrement inférieure à 100 mW).

Répartition temporelle des chaînes

Le principe de la répartition temporelle des canaux (TDC) est qu'un chemin de groupe est fourni un par un pour transmettre les signaux de chaque canal d'un système multicanal (Figure 6.5). Dans les sources étrangères, le terme est utilisé pour désigner le principe de division temporelle des chaînes Accès multiple par répartition dans le temps (TDMA).

Figure 6.5 – Principe de répartition temporelle des chaînes

La transmission utilise un échantillonnage temporel (modulation d'impulsions). Tout d'abord, l'impulsion du 1er canal est transmise, puis du canal suivant, etc. au dernier numéro de canal N, après quoi l'impulsion du premier canal est à nouveau transmise et le processus est répété périodiquement. A la réception, un commutateur similaire est installé, qui connecte alternativement le chemin de groupe aux récepteurs correspondants. Dans un certain laps de temps, une seule paire récepteur/émetteur est connectée à la ligne de communication de groupe.

Cela signifie que pour le fonctionnement normal d'un système multicanal avec TRC, un fonctionnement synchrone et en phase des commutateurs des côtés réception et émission est nécessaire. Pour ce faire, l'un des canaux est occupé pour la transmission d'impulsions de synchronisation spéciales.

La figure 6.6, a, b, c montre des graphiques de trois signaux analogiques continus S 1 (t), S 2 (t) Et S 3 (t) et leurs signaux AIM correspondants. Les impulsions des différents signaux AIM sont décalées les unes par rapport aux autres dans le temps. Lorsque des canaux individuels sont combinés, un signal de groupe est formé S G ( t) (Figure 6.6, d) avec un taux de répétition des impulsions de N fois le taux de répétition des impulsions individuelles. L'intervalle de temps entre les impulsions les plus proches du signal de groupe TK est appelé créneau horaire ou créneau horaire (Plage horaire). L'intervalle de temps entre les impulsions adjacentes d'un signal individuel est appelé Cycle de transmission TC . Le nombre d'impulsions pouvant être placées dans un cycle dépend du rapport entre TC et TK, c'est-à-dire nombre de canaux horaires.

Figure 6.6 – Chronogrammes de conversion du signal pendant VRK

Avec la répartition dans le temps, comme avec le FDC, il existe des interférences mutuelles, principalement dues à deux raisons. La première est que les distorsions linéaires, dues à la bande de fréquence limitée et à l'imperfection des caractéristiques amplitude-fréquence et phase-fréquence de tout système de communication physiquement réalisable, violent la nature pulsée des signaux. Lorsque les signaux sont temporellement séparés, les impulsions d'un canal se chevauchent avec celles des autres canaux. Autrement dit, mutuelle diaphonie ou interférence intersymbole . De plus, des interférences mutuelles peuvent survenir en raison d'une synchronisation imparfaite des impulsions d'horloge des côtés émission et réception.

Pour ces raisons, la répartition temporelle des canaux basée sur l'AIM n'a pas reçu d'application pratique. La division temporelle est largement utilisée dans les systèmes de transmission numérique de hiérarchies plésiochrones et synchrones.

Dans le cas général, pour réduire le niveau d'interférence mutuelle, il est nécessaire d'introduire des intervalles de temps de « protection », qui correspondent à une certaine expansion du spectre du signal. Ainsi, dans les systèmes de transmission, la bande de fréquences effectivement transmises est F=3 100 Hz ; conformément au théorème de Kotelnikov, la valeur minimale de la fréquence d'échantillonnage est f 0 =1/T D =2 F=6200 Hz. Cependant, dans les systèmes réels, la fréquence d'échantillonnage est choisie avec une certaine réserve : f 0 =8 kHz. Avec séparation temporelle des canaux, le signal de chaque canal occupe la même bande de fréquences, déterminée dans des conditions idéales selon le théorème de Kotelnikov à partir de la relation (sans tenir compte du canal de synchronisation) Dt K =T 0 /N= 1/( 2NF)= 1/( 2F GEN), Où F TOTAL =FN, qui coïncide avec la bande de fréquence totale du système avec division de fréquence.

Bien qu'en théorie, la répartition temporelle et la répartition en fréquence permettent d'obtenir la même efficacité dans l'utilisation du spectre de fréquences, les systèmes à répartition temporelle sont néanmoins inférieurs aux systèmes à répartition en fréquence dans cet indicateur. Dans le même temps, les systèmes à répartition temporelle présentent un avantage indéniable car, en raison des différences temporelles de transmission des signaux provenant de différents canaux, il n'y a pas d'interférences transitoires d'origine non linéaire. De plus, l'équipement à répartition temporelle est beaucoup plus simple que la répartition en fréquence, où des filtres passe-bande appropriés sont nécessaires pour chaque canal individuel.

Pour séparer les signaux, il est possible d'utiliser bien plus que de simples caractéristiques évidentes telles que la fréquence, le temps et la phase. Une caractéristique commune des signaux est leur forme. Des signaux de formes différentes peuvent être transmis simultanément et avoir des spectres de fréquences qui se chevauchent, et pourtant ces signaux peuvent être séparés si la condition de leur orthogonalité est remplie. Dans les sources étrangères, le concept est utilisé pour désigner ce principe division de code Accès multiple par division de code(CDMA). Ces dernières années, des méthodes numériques de séparation des signaux par leur forme ont été développées avec succès, en particulier des séquences orthogonales discrètes sous la forme de fonctions de Walsh, Rademacher et autres sont utilisées comme supports de divers canaux. Le développement généralisé des méthodes de séparation des signaux a conduit à la création de systèmes de communication avec séparation de signaux « quasi orthogonaux », qui sont des séquences pseudo-aléatoires dont les fonctions de corrélation et les spectres énergétiques sont proches des caractéristiques similaires des signaux « limités ». bruit blanc. De tels signaux sont appelés semblable à du bruit (ShPS).

Thème n°7

Principes de construction de systèmes de transmission multicanaux

Leçon thématique n°2

Répartition temporelle des chaînes

Première question d'étude

Répartition temporelle des chaînes

Les systèmes de transmission multicanaux avec répartition temporelle des canaux (TDK) sont largement utilisés pour transmettre des informations analogiques et discrètes.

La séparation temporelle des canaux n'est possible que dans le cas d'une modulation par impulsions.

Avec un rapport cyclique important entre les impulsions d'un canal, il reste une longue période de temps pendant laquelle les impulsions des autres canaux peuvent être placées. Tous les canaux occupent la même bande de fréquences, mais la ligne de communication est utilisée alternativement pour transmettre périodiquement les signaux des canaux. La fréquence de répétition des signaux de canal est sélectionnée selon le théorème de Kotelnikov. Pour synchroniser le fonctionnement des commutateurs émetteur et récepteur, des impulsions de synchronisation auxiliaires sont transmises, pour lesquelles un ou plusieurs canaux sont alloués. Avec VRC, différents types de modulation d'impulsions sont utilisés dans les canaux : PIM, PWM, PCM, DM, etc. Pour les liaisons radio, une double modulation est utilisée : PCM-OPSK, PIM-FM, etc.

La figure 7.2.1 montre un schéma fonctionnel d'un système multicanal (MCS) avec répartition temporelle des canaux (TDC), où il est indiqué :

M - modulateur, PB - bloc intermédiaire, GI - générateur d'impulsions, ST - compteur, DS - décodeur, GN - générateur de porteuse, PRD - émetteur, LS - ligne de communication, IP - source d'interférence, PRM - récepteur, D - détecteur, VSI - extracteur d'impulsions de synchronisation, ET - circuit de coïncidence.

Figure 7.2.1. Schéma fonctionnel d'un système de répartition temporelle multicanal

Les blocs TI, ST, DS forment la ligne de distribution RL, délimitée par une ligne pointillée en pointillés.

La première impulsion GI apparaît sur la première prise DS, la seconde - sur la seconde, etc., la Nième impulsion - sur la Nième (dernière). L'impulsion suivante N+1 réapparaîtra à la première entrée du DS puis le processus se répète. Aux prises DS, des séquences périodiques d'impulsions sont formées, décalées dans le temps les unes par rapport aux autres. La première séquence d'impulsions arrive à l'entrée de commande du façonneur d'impulsions d'horloge FSI, le reste - aux entrées des modulateurs de canal M (le premier étage de modulation). Leurs secondes entrées reçoivent des signaux d'informations transmis, qui modulent les impulsions haute fréquence du DS en fonction d'un de leurs paramètres (amplitude, durée, etc.).

Le principe de fonctionnement du circuit présenté est illustré par des chronogrammes (Fig. 7.2.2 a-d) pour le cas de l'AIM dans les modulateurs de canal Mi.

Figure 7.2.2. Chronogramme du fonctionnement du circuit ISS avec le VRK

Ces derniers sont des échantillonneurs réalisés sur des circuits à touches ou des multiplexeurs. Considérons d'abord les modulateurs AIM sur touches dont le nombre est N = 4. De plus, le premier canal est alloué à l'impulsion de synchronisation, et les trois autres aux signaux d'information. Le signal de synchronisation SS diffère des impulsions d'information par certains paramètres, par exemple la durée ou l'amplitude. La première impulsion du GI (Fig. 7.2.2 d) ouvre la première clé, formant un CC à sa sortie, la deuxième impulsion - la deuxième clé et transmet la partie correspondante du signal du premier canal à sa sortie, le troisième impulsion - une partie du signal du deuxième canal, et ainsi de suite jusqu'à la quatrième impulsion . La cinquième impulsion forme à nouveau le CC, etc. Étant donné que les sorties de toutes les touches sont connectées les unes aux autres en parallèle, le signal total (de groupe) est constitué d'impulsions qui ne se chevauchent pas dans le temps. Dans ce cas, les canaux sont dits compactés dans le temps. Ensuite, le signal de groupe (Fig. 7.2.2 e), après amplification dans le bloc PB, est fourni sous forme de signal modulant au deuxième étage de modulation M, après quoi il est amplifié dans le bloc PRD et est fourni au côté réception. via la ligne de communication.

En pratique, le plus souvent ce n'est pas l'AIM qui est utilisé, mais le PCM, qui inclut également l'AIM. Les opérations PCM restantes (quantification par niveau, codage) doivent être effectuées dans le bloc PB.

Côté réception, le signal de la ligne entre dans le RRM, où il est filtré, amplifié, puis détecté dans le bloc D (voir Fig. 12.5) pour obtenir un signal de groupe (voir Fig. 7.2.2 e). Si AIM est utilisé dans les canaux, alors le signal de groupe, après amplification dans le bloc PB, est immédiatement envoyé à certaines entrées de tous les circuits de coïncidence ET, aux autres entrées desquelles sont fournies les impulsions du signal de synchronisation CC (Fig. 7.2 .2 g) à partir de la sortie du distributeur RL. Le fonctionnement de ce dernier est le même que côté émission, à la différence près que le GI est synchronisé par des impulsions SI isolées du signal de groupe. Chaque circuit d'adaptation ET s'ouvre pendant un temps déterminé par la durée de l'impulsion du distributeur et transmet le signal de son canal à sa sortie. Dans les schémas I et VRK est réalisé (Fig. 7.2.2 h-k). À la sortie de chacun de ces circuits se trouve un filtre passe-bas, qui remplit les fonctions du deuxième étage de démodulation, convertissant le signal AIM en un signal analogique transmis. Si les signaux des canaux sont numériques (avec PCM), alors le décodage doit avoir lieu dans le bloc PB du récepteur, convertissant le PCM en AIM. Ensuite, le signal de groupe provenant de l'AIM est séparé de la manière décrite ci-dessus.

Les circuits ET du récepteur agissent comme des filtres ou commutateurs paramétriques temporaires.

Avec VRC, des interférences mutuelles se produisent également, causées par deux raisons : des distorsions linéaires et une synchronisation imparfaite. En effet, lorsque le spectre des impulsions est limité (distorsions linéaires), leurs fronts « basculent », et les impulsions d'une voie se superposent aux impulsions d'une autre, ce qui produit un bruit transitoire. Pour réduire leur niveau, des intervalles de garde sont introduits, ce qui correspond à une certaine expansion du spectre du signal.

L'efficacité de l'utilisation du spectre de fréquences avec VRK est pratiquement (pas théoriquement) pire qu'avec FDC : à mesure que le nombre de canaux augmente, la bande de fréquences augmente. Mais avec VRK, il n'y a pas d'interférences d'origine non linéaire et l'équipement est beaucoup plus simple, et le facteur de crête du signal est plus faible qu'avec FRK. Un avantage important du VRK est l'immunité élevée au bruit des méthodes de transmission pulsée (PCM, FIM, etc.).

Avec VRC, il est facile de sélectionner les chaînes côté réception sans aucune limitation sur leur qualité. L'équipement est de petite taille et de petit poids, ce qui est dû à l'utilisation généralisée de circuits intégrés, d'éléments de technologie informatique numérique et de microprocesseurs.

Le principal inconvénient du TRC est la nécessité d’assurer la synchronisation des côtés émetteur et récepteur du système de transmission.

Notez qu'avec TRC, les signaux des canaux sont orthogonaux les uns aux autres, puisqu'ils ne se chevauchent pas dans le temps. Cela signifie que lors de leur transmission, la division de phase des canaux (PDCD) peut également être utilisée. Un exemple de ceci pourrait être la transmission de signaux numériques à bande latérale unique, la modulation par déplacement de fréquence minimum, etc.

Principe répartition temporelle des chaînes(VRK) est que le chemin de groupe est fourni un par un pour transmettre les signaux de chaque canal d'un système multicanal

La transmission utilise un échantillonnage temporel (modulation d'impulsions). Tout d'abord, l'impulsion du 1er canal est transmise, puis du canal suivant, etc. au dernier numéro de canal N, après quoi l'impulsion du 1er canal est à nouveau transmise et le processus est répété périodiquement. A la réception, un commutateur similaire est installé, qui connecte alternativement le chemin de groupe aux récepteurs correspondants. Dans un certain laps de temps, une seule paire récepteur/émetteur est connectée à la ligne de communication de groupe.

Cela signifie que pour le fonctionnement normal d'un système multicanal avec TRC, un fonctionnement synchrone et en phase des commutateurs des côtés réception et émission est nécessaire. Pour ce faire, l'un des canaux est occupé pour la transmission d'impulsions de synchronisation spéciales.

Sur la fig. Des chronogrammes sont fournis pour expliquer le principe de la vanne de régulation rotative. Sur la fig. a-c sont des graphiques de trois signaux analogiques continus u 1 (t), u 2 (t) et u 3 (t) et des signaux AIM correspondants. Les impulsions des différents signaux AIM sont décalées les unes par rapport aux autres dans le temps. Lorsque des canaux individuels sont combinés dans un canal de communication (ligne), un signal de groupe est formé avec un taux de répétition d'impulsions N fois supérieur au taux de répétition d'impulsions individuelles.

L'intervalle de temps entre les impulsions les plus proches du signal de groupe T K est appelé créneau horaire. L'intervalle de temps entre les impulsions adjacentes d'un signal individuel est appelé cycle de transmission T C. Le nombre d'impulsions pouvant être placées dans un cycle dépend du rapport de T C et T K, c'est-à-dire nombre de canaux horaires.

Avec l'intervalle de temps, il y a des interférences mutuelles, principalement dues à deux raisons.

La première est que les distorsions linéaires, dues à la bande de fréquence limitée et à l'imperfection des caractéristiques amplitude-fréquence et phase-fréquence de tout système de communication physiquement réalisable, violent la nature pulsée des signaux. Lorsque les signaux sont temporellement séparés, les impulsions d'un canal se chevauchent avec celles des autres canaux. Des interactions mutuelles surviennent entre les canaux diaphonie ou interférence intersymbole.

Dans le cas général, pour réduire le niveau d'interférence mutuelle, il est nécessaire d'introduire des intervalles de temps de « protection », qui correspondent à une certaine expansion du spectre du signal. Les systèmes à répartition temporelle présentent un avantage indéniable car, en raison des différences temporelles de transmission des signaux provenant de différents canaux, il n'y a pas d'interférences transitoires d'origine non linéaire.