Курсовая работа - Принципы построения систем сотовой связи - файл n1.docx

Курсовая работа - Принципы построения систем сотовой связи
скачать (731 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.docx731kb.29.05.2012 21:54скачать

n1.docx

1   ...   8   9   10   11   12   13   14   15   ...   18

3.3 Методы множественного доступа.


Понятие множественного доступа связано с организацией совместного использования ограниченного участка спектра многими пользователями. В ортодоксальных подходах выделяется пять вариантов множественного доступа:

  1. Множественный доступ с частотным разделением каналов связи.

  2. Множественный доступ с временным разделением каналов связи.

  3. Множественный доступ с кодовым разделением каналов связи.

  4. Множественный доступ с пространственным разделением каналов связи.

  5. Множественный доступ с поляризационным разделением каналов связи.

Практический интерес для сотовой связи представляют первые три из них, поэтому в следующих разделах мы рассмотрим их подробнее. Четвертый метод фактически используется в реализации принципа повторного использования частот, в частности при делении ячейки на сектора с использованием направленных антенн, но обычно этот прием не преподносится как один из методов множественного доступа. Случаев практического применения поляризационного разделения нам не известно.

А. Множественный доступ с частотным разделением.

Множественный доступ с частотным разделением (английское FDMA - Frequency Division Multiple Access), или множественный доступ с разделением каналов связи по частоте, — наиболее простой из трех методов множественного доступа как по своей идее, так и по возможности реализации. В этом методе каждому пользователю на время сеанса связи выделяется своя полоса частот Δf (частотный канал), которой он владеет безраздельно. Метод FDMA используется во всех аналоговых системах сотовой связи (системах первого поколения) — это единственный метод, который целесообразно использовать в аналоговых системах, при этом полоса Δf составляет 10...30 кГц. Основное слабое место FDMA - недостаточно эффективное использование полосы частот. Эта эффективность заметно повышается при переходе к более совершенному методу TDMA, что позволяет соответственно повысить емкость системы сотовой связи.

Б. Множественный доступ с временным разделением.

Множественный доступ с временным разделением (английское TDMA - Time Division Multiple Access), или множественный доступ с разделением каналов связи по времени, также достаточно прост по идее, но значительно сложнее в реализации, чем FDMA. Суть метода TDMA заключается в том, что каждый частотный канал разделяется во времени между несколькими пользователями, т.е. частотный канал по очереди предоставляется нескольким пользователям на определенные промежутки времени.

Практическая реализация метода TDMA требует преобразования сигналов в цифровую форму и характерного «сжатия» информации во времени. Цифровая Обработка сигналов и схема TDMA используются в стандартах сотовой связи второго поколения D-AMPS, GSM, PDC. Особенно нагляден в этом отношении стандарт D-AMPS: при сохранении той же полосы частотного канала Δf = 30 кГц, что и в аналоговом стандарте AMPS, число физических каналов в нем возрастает втрое и более чем втрое возрастает емкость системы; с вводом полускоростного кодирования этот коэффициент увеличится еще в два раза. Заметим попутно, что разделение во времени может использоваться и для реализации прямых и обратных каналов дуплексной связи в одной и той же полосе частот (английское TDD - Time Division Duplex). Такое техническое решение находит применение в беспроводном телефоне. В сотовой связи обычно используется дуплексное разделение по частоте (английское FDD - Frequency Division Duplex), т.е. прямые и обратные каналы занимают разные полосы частот, смещенные одна относительно другой.

Метод TDMA, однако, сам по себе не реализует всех потенциальных возможностей по эффективности использования спектра; дополнительные резервы открываются при использовании иерархических структур и адаптивного распределения каналов. Известное преимущество в этом отношении может иметь метод CDMA.

В. Множественный доступ с кодовым разделением.

Множественный доступ с кодовым разделением (английское CDMA - Code Division Multiple Access) прост только на уровне феноменологического описания метода: в нем большая группа пользователей (например, от 30 до 50) одновременно использует общую относительно широкую полосу частот - не менее 1 МГц. По-существу же метод CDMA достаточно сложен, и не только в отношении принципов построения, но и в плане практической реализации. Как и TDMA, метод CDMA может быть реализован только в цифровой форме. Подробное рассмотрение и обсуждение метода несколько затрудняется, кроме того, тем, что при обилии публикаций теоретического характера опыт его практического применения пока ограничен.

Основная особенность метода CDMA — это работа в широкой полосе частот, значительно превышающей полосу сигнала речи, в сочетании с таким кодированием информации каждого из физических каналов, которое позволяет выделять ее из общей широкой полосы, используемой одновременно всеми физическими каналами. Система связи, реализующая CDMA, является системой с расширенным спектром — спектр информационного сообщения искусственно расширяется посредством модуляции (кодирования) периодической псевдослучайной последовательностью импульсов с достаточно малым дискретом. Для получения ширины спектра более 1 МГц (а это принципиально важно для успешной работы в условиях многолучевого распространения) длительность дискрета модулирующей последовательности должна быть менее 1 мкс. Указанные общие принципы – расширение спектра за счет модуляции псевдослучайной последовательностью в сочетании с кодовым разделением физических каналов – однозначно определяют и общие достоинства метода CDMA: высокую помехоустойчивость, хорошую приспособленность к условиям многолучевого распространения, высокую емкость системы.

Помехоустойчивость метода – по отношению как к узкополосным, так и широкополосным помехам – может быть пояснена следующим образом. Модуляция сигнала псевдослучайной последовательностью при передаче требует его повторной модуляции той же последовательностью при приеме (что эквивалентно демодуляции сигнала), в результате чего восстанавливается исходный узкополосный сигнал. При этом подбор задержки демодулирующей последовательности производится экспериментально с точностью до дискрета последовательности, и правильному значению задержки соответствует максимальный отклик на выходе фильтра-демодулятора; описанная схема обработки соответствует так называемому корреляционному приему. Если помеха узкополосная, то демодулирующая псевдослучайная последовательность при приеме воздействует на нее как модулирующая, т.е. «размазывает» ее спектр по широкой полосе WSS , в результате чего в узкую полосу сигнала WS попадает лишь 1/G часть мощности помехи, так что узкополосная помеха будет ослаблена в G раз, где G = WSS/WS выигрыш обработки, равный отношению полосы расширенного спектра WSS к полосе WS исходного сигнала. Например, при WSS = 1,23 МГц и WS = 19,2 кГц выигрыш обработки составляет G = 65. Если же помеха широкополосная – с полосой порядка WSS или шире, то демодуляция не изменяет ширины ее спектра, и в полосу сигнала помеха попадает ослабленной во столько раз, во сколько ее полоса шире полосы WS исходного сигнала.

Возможность успешной работы в условиях многолучевого распространения также непосредственно связана с корреляционным приемом. Если корреляционный приемник имеет несколько каналов и каждый из них может быть настроен на свою задержку сигнала, то разные каналы могут быть согласованы по задержке с сигналами, прошедшими по разным путям, а сигналы с выходов всех каналов после соответствующего выравнивания во времени могут быть просуммированы.

В методе CDMA реализуется так называемая «мягкая передача обслуживания»: когда подвижная станция приближается к границе ячейки, т.е. сигналы от двух базовых станций – рабочей ячейки и одной из смежных – становятся соизмеримыми по уровню (это фиксируется подвижной станцией и сообщается на базовую станцию рабочей ячейки), по команде с центра коммутации через базовую станцию смежной ячейки организуется второй канал связи с той же подвижной станцией; при этом первый канал (в «старой» ячейке) продолжает работать, т.е. подвижная станция принимает сигналы одновременно от двух базовых станций, используя технические возможности рейк-приемника – возможности приема двух «копий» одного и того же сигнала, смещенных между собой во времени. Так продолжается до тех пор, пока подвижная станция не удалится от границы ячеек, т.е. пока сигнал от второй базовой станции не станет существенно сильнее сигнала от первой. После этого канал связи через первую базовую станцию закрывается, и процесс передачи обслуживания завершается. «Мягкая передача обслуживания», безусловно, повышает качество и надежность связи, но ее организация обходится отнюдь не бесплатно: помимо того, что в процессе передачи обслуживания подвижная станция занимает не один физический канал, а два (по одному каналу в двух ячейках), регулировка уровня сигнала подвижной станции может производиться лишь по одной из ячеек, а по второй сигнал может оказаться либо слабоватым, либо великоватым и с несглаженными замираниями, с вытекающими отсюда последствиями для качества связи.

В качестве итогов, отметим, что метод CDMA обладает сравнительно высокой помехоустойчивостью и хорошо работает в условиях многолучевого распространения. Кроме того, он отличается высокой скрытностью, не использует частотного планирования, допускает «мягкую передачу обслуживания», но все это требует обязательного использования достаточно сложных технических решений: аккуратной регулировки уровня сигналов, применения секторных антенн и отработки «речевой активности», точной синхронизации базовых станций, причем последнее может быть связано с потерей автономности системы.
1   ...   8   9   10   11   12   13   14   15   ...   18


3.3 Методы множественного доступа
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации