مخابرات -ارتباط از راه دور (لات)

ارتباط(فرآیند تبادل اطلاعات) شرط لازم برای وجود موجودات زنده، جوامع بوم شناختی و جامعه انسانی است. توسعه اجتماعی با توسعه فناوری های مخابراتی همراه است. فناوری های مخابراتی به ویژه در چند دهه گذشته به شدت در حال توسعه بوده اند.

مخابرات را می توان به عنوان فناوری هایی تعریف کرد که با ارتباطات از راه دور سروکار دارند و این را می توان توضیح داد روش های مختلف. شکل 8.2 یکی از نماهای ممکن بخش های مختلف مخابرات را نشان می دهد.

شکل 8.2. مخابرات: اشکال و انواع

مخابرات به دو نوع یک طرفه و دو طرفه تقسیم می شود. یک طرفه، مانند پخش انبوه و پخش تلویزیونی، شامل انتقال اطلاعات در یک جهت - از مرکز به مشترکان است. پشتیبانی دو طرفه از گفتگو بین دو مشترک.

ارتباطات از راه دور از ابزارهای مکانیکی و الکتریکی استفاده می کند زیرا از نظر تاریخی، ارتباطات از راه دور از شکل مکانیکی به الکتریکی تبدیل شده است و از سیستم های الکتریکی پیچیده تر و بیشتری استفاده می کند. به همین دلیل است که بسیاری از حامل های سنتی در مخابرات مانند شرکت های ملی پست، تلگراف و تلفن از هر دو شکل استفاده می کنند. پیش‌بینی می‌شود سهم مخابرات مکانیکی مانند پست معمولی و مطبوعات (توزیع روزنامه) کاهش یابد، در حالی که سهم برق به‌ویژه دوطرفه افزایش یافته و در آینده اصلی‌تر خواهد شد. در حال حاضر در زمان ما، شرکت ها و مطبوعات در درجه اول به مخابرات الکتریکی (ارتباطات) به عنوان یک فرصت تجاری سودآور علاقه مند هستند.

در امتداد لبه های شکل 8.2. خدمات مخابراتی در ابتدا به صورت مکانیکی نشان داده می شود: مطبوعات (ارسال روزنامه)، پست. سپس برق: تلگراف، تلکس (تلگراف مشترک)، تلفن، رادیو، تلویزیون، شبکه های کامپیوتری، شبکه های اجاره ای، تلویزیون کابلی و تلفن همراه.

تقریباً به این ترتیب، ارتباطات از راه دور به طور تاریخی توسعه یافت.

سیستم مخابراتی- مجموعه ای از اشیاء فنی، اقدامات سازمانی و موضوعاتی که فرآیندهای متشکل از: فرآیندهای اتصال، فرآیندهای انتقال و فرآیندهای دسترسی را اجرا می کنند.

سیستم های مخابراتی از محیط طبیعی یا مصنوعی برای تبادل اطلاعات استفاده می کنند. سیستم های مخابراتی همراه با رسانه ای که برای انتقال استفاده می شود، شبکه های مخابراتی را تشکیل می دهند. مهمترین شبکه های مخابراتی عبارتند از (شکل 8.2.): سرویس پستی; شبکه تلفن عمومی (PSTN)؛ شبکه های تلفن همراه؛ شبکه تلگراف؛ اینترنت - شبکه جهانی تعامل شبکه های کامپیوتری؛ شبکه پخش سیمی; شبکه های تلویزیون کابلی؛ شبکه های پخش تلویزیونی و رادیویی؛ شبکه‌های ارتباطی بخش‌ای که خدمات ارتباطی را به سازمان‌های دولتی، سیستم‌های کنترل ترافیک هوایی و دریایی، مجتمع‌های صنعتی بزرگ ارائه می‌کنند. شبکه های جهانی نجات و ایمنی

سیستم های مخابراتی ذکر شده در بالا، به عنوان یک قاعده، از نزدیک با یکدیگر تعامل دارند و از منابع مشترک برای ارتباط استفاده می کنند. برای سازماندهی چنین تعاملی در هر ایالت و در مقیاس جهانی، نهادهای خاصی وجود دارند که استفاده از منابع مشترک را تنظیم می کنند. تعریف کردن قوانین عمومیتعاملات (پروتکل ها) سیستم های مخابراتی؛ توسعه فناوری های پیشرفته مخابراتی

برای پیاده سازی ارتباطات از راه دور، سیستم های مخابراتی از: سیستم های سوئیچینگ استفاده می کنند. سیستم های انتقال؛ سیستم های دسترسی و کنترل کانال های انتقال

1. اصول ساخت سیستم های مخابراتی بی سیم

1.1 معماری سیستم های ارتباط سلولی.

1.2 سرویس مشترک توسط شبکه.

1.3 روش های جداسازی مشترکین در ارتباطات سلولی

1.4 استاندارد DECT برای ارتباطات.

1.5 استاندارد بلوتوث، Wi-Fi (802.11، 802.16).

2. سیستم ها سیگنال های پیچیدهبرای سیستم های مخابراتی

2.1 طیف سیگنال

2.2 خواص همبستگی سیگنال ها

2.3 انواع سیگنال های پیچیده

2.4 سیستم های سیگنال مشتق شده

3. مدولاسیون سیگنال های پیچیده

3.1 نمایش هندسی سیگنال ها

3.2 روش های کلید زدن فاز سیگنال ها (FM2، FM4، OFM).

3.3 مدولاسیون با حداقل تغییر فرکانس.

3.4 مدولاسیون ربع و ویژگی های آن (QPSK، QAM).

3.5 پیاده سازی مودم های مربعی.

4. ویژگی های دریافت سیگنال در سیستم های مخابراتی.

4.1 احتمال خطاهای تمایز M سیگنال های شناخته شده

4.2 احتمال خطا در تشخیص سیگنال های نوسان M.

4.3 محاسبه خطاهای تمایز سیگنال های M با مجهولات

تنظیمات غیر انرژی

4.4 مقایسه سیستم های ارتباطی سنکرون و ناهمزمان.

5. نتیجه گیری.

6. مراجع

1. اصول ساخت سیستم های مخابراتی بی سیم

1.1 معماری سیستم های ارتباط سلولی

سیستم ارتباط سلولی یک سیستم فنی پیچیده و منعطف است که هم از نظر گزینه‌های پیکربندی و هم از نظر مجموعه عملکردهای انجام‌شده، امکان تنوع گسترده‌ای را فراهم می‌کند. نمونه ای از پیچیدگی و انعطاف پذیری سیستم این است که می تواند هم گفتار و هم انواع دیگر اطلاعات، به ویژه پیام های متنی و داده های رایانه ای را انتقال دهد. از نظر انتقال صدا، به نوبه خود، ارتباط تلفنی دو طرفه معمولی، ارتباطات تلفنی چند جانبه (به اصطلاح تماس کنفرانسی - با بیش از دو مشترک که همزمان در یک مکالمه شرکت می کنند)، پست صوتی. هنگام سازماندهی یک مکالمه تلفنی معمولی دو طرفه، با شروع تماس، حالت های شماره گیری مجدد خودکار، انتظار تماس، ارسال تماس امکان پذیر است.

یک سیستم ارتباط سلولی به عنوان مجموعه ای از سلول ها یا سلول ها ساخته می شود که یک منطقه خدماتی مانند یک منطقه شهری را پوشش می دهد. سلول ها معمولاً به صورت شماتیک به شکل شش ضلعی های منظم با اندازه مساوی نشان داده می شوند (شکل 1.1.)، که به دلیل شباهت به لانه زنبور عسل، دلیلی برای نامیدن سیستم سلولی بود. ساختار سلولی یا سلولی سیستم به طور مستقیم با اصل استفاده مجدد فرکانس مرتبط است - اصل اساسی سیستم سلولی که تعیین می کند. استفاده موثرمحدوده فرکانس اختصاصی و ظرفیت بالای سیستم

برنج. 1.1. سلول ها (سلول های) سیستم که کل منطقه خدمات را پوشش می دهند.

در مرکز هر سلول یک ایستگاه پایه وجود دارد که به تمام ایستگاه های سیار (مجموعه های تلفن رادیویی مشترک) در سلول آن سرویس می دهد (شکل 1.2). هنگامی که یک مشترک از یک سلول به سلول دیگر منتقل می شود، سرویس او از یک سلول منتقل می شود ایستگاه پایهبه دیگری. تمام ایستگاه های پایه سیستم به نوبه خود به مرکز سوئیچینگ متصل هستند که از آنجا به شبکه ارتباطات متصل (VSS) روسیه دسترسی دارد، به ویژه، اگر در یک شهر اتفاق بیفتد، دسترسی به یک شبکه سیمی معمولی شهری است. ارتباط تلفنی.

برنج. 1.2. یک سلول با یک ایستگاه پایه در مرکز به تمام ایستگاه های سیار در سلول خدمات رسانی می کند.

روی انجیر 1.3. یک نمودار عملکردی مربوط به ساختار شرح داده شده است.

برنج. 1.3. نمودار عملکردی ساده شده یک سیستم ارتباط سلولی: BS - ایستگاه پایه. PS - ایستگاه تلفن همراه (تلفن رادیویی مشترک).

در واقعیت، سلول ها هرگز به طور دقیق هندسی نیستند. مرزهای سلول واقعی بسته به شرایط انتشار و تضعیف امواج رادیویی شکل منحنی های نامنظم دارند، یعنی. در مورد زمین، ماهیت و تراکم پوشش گیاهی و ساختمان ها و عوامل مشابه. علاوه بر این، مرزهای سلول معمولاً به خوبی تعریف نمی‌شوند، زیرا مرز انتقال یک ایستگاه سیار از یک سلول به سلول دیگر ممکن است با تغییرات در شرایط انتشار امواج رادیویی و بسته به جهت حرکت ایستگاه سیار تا حدی تغییر کند. به طور مشابه، موقعیت ایستگاه پایه فقط تقریباً با مرکز سلول منطبق است، که علاوه بر این، تشخیص بدون ابهام اگر سلول شکل نامنظمی دارد، چندان آسان نیست. اگر ایستگاه های پایه از آنتن های جهت دار (نه همسانگرد در صفحه افقی) استفاده کنند، آنگاه ایستگاه های پایه در واقع به مرزهای سلول ختم می شوند. علاوه بر این، یک سیستم ارتباط سلولی ممکن است شامل بیش از یک مرکز سوئیچینگ باشد که ممکن است به دلیل تکامل سیستم یا ظرفیت محدود سوئیچ باشد. ممکن است، به عنوان مثال، ساختار سیستم از نوع نشان داده شده در شکل. 1.4. - دارای چندین مرکز سوئیچینگ، که یکی از آنها را می توان به طور مشروط "سر" یا "پیشرو" نامید.

برنج. 1.4. سیستم ارتباط سلولی با دو مرکز سوئیچینگ.

ایستگاه سیار را در نظر بگیرید که از نظر کارایی و طراحی ساده ترین عنصر یک سیستم ارتباط سلولی است و علاوه بر آن تنها عنصری از سیستم است که در واقع در دسترس کاربر است.

بلوک دیاگرام ایستگاه سیار در شکل نشان داده شده است. 1.5. این شامل:

بلوک کنترل؛

واحد فرستنده و گیرنده;

بلوک آنتن.

برنج. 1.5. بلوک دیاگرام یک ایستگاه سیار (تلفن رادیویی مشترک).

واحد فرستنده گیرنده به نوبه خود شامل یک فرستنده، یک گیرنده، یک سنتز کننده فرکانس و یک واحد منطقی است.

واحد آنتن از نظر ترکیب ساده ترین است: شامل خود آنتن و سوئیچ دریافت و انتقال است. مورد دوم برای یک ایستگاه دیجیتال می تواند یک سوئیچ الکترونیکی باشد که آنتن را به خروجی فرستنده یا ورودی گیرنده متصل می کند، زیرا ایستگاه سیار یک سیستم دیجیتال هرگز همزمان دریافت و ارسال نمی کند.

واحد کنترل شامل یک گوشی - میکروفون و بلندگو، صفحه کلید و صفحه نمایش است. صفحه کلید (یک فیلد شماره گیری با کلیدهای عددی و عملکردی) برای شماره گیری شماره تلفن مشترک تماس گرفته شده و همچنین دستوراتی که حالت عملکرد ایستگاه تلفن همراه را تعیین می کند استفاده می شود. نمایشگر برای نمایش اطلاعات مختلف ارائه شده توسط دستگاه و حالت عملکرد ایستگاه عمل می کند.

واحد فرستنده و گیرنده بسیار پیچیده تر است.

فرستنده شامل:

مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) - سیگنال را از خروجی میکروفون به شکل دیجیتال تبدیل می کند و تمام پردازش و انتقال بعدی سیگنال گفتار به صورت دیجیتال تا تبدیل معکوس دیجیتال به آنالوگ انجام می شود.

رمزگذار گفتار سیگنال گفتار را رمزگذاری می‌کند، یعنی یک سیگنال دیجیتال را طبق قوانین خاصی تبدیل می‌کند تا افزونگی آن را کاهش دهد، یعنی. به منظور کاهش مقدار اطلاعات ارسال شده از طریق کانال ارتباطی؛

رمزگذار کانال - اضافه می کند سیگنال دیجیتال، به دست آمده از خروجی رمزگذار گفتار، اطلاعات اضافی (زائد) طراحی شده برای محافظت در برابر خطا در هنگام انتقال سیگنال از طریق خط ارتباطی. برای همین منظور، اطلاعات در معرض یک بسته بندی مجدد خاص (تکثیر) قرار می گیرد. علاوه بر این، رمزگذار کانال اطلاعات کنترلی را از بلوک منطقی به سیگنال ارسالی وارد می کند.

مدولاتور - انتقال اطلاعات سیگنال ویدیویی کدگذاری شده را به فرکانس حامل انجام می دهد.

ترکیب گیرنده اساساً با فرستنده مطابقت دارد، اما با عملکرد معکوس بلوک های تشکیل دهنده آن:

دمدولاتور از سیگنال رادیویی مدوله شده یک سیگنال ویدئویی رمزگذاری شده حامل اطلاعات استخراج می کند.

رمزگشای کانال اطلاعات کنترل را از جریان ورودی استخراج کرده و به بلوک منطقی ارسال می کند. اطلاعات دریافتی از نظر خطا بررسی می شود و خطاهای انتخاب شده در صورت امکان تصحیح می شوند. قبل از پردازش بیشتر، اطلاعات دریافتی در معرض بسته بندی معکوس (در رابطه با رمزگذار) قرار می گیرد.

رمزگشای گفتار سیگنال گفتاری را که از رمزگشای کانال به آن می‌رسد بازیابی می‌کند و آن را به شکل طبیعی با افزونگی ذاتی خود، اما به شکل دیجیتال، تبدیل می‌کند.

یک مبدل دیجیتال به آنالوگ (DAC) سیگنال گفتار دریافتی را به فرم آنالوگ تبدیل می کند و آن را به خروجی بلندگو تغذیه می کند.

اکولایزر برای جبران بخشی از اعوجاج سیگنال به دلیل انتشار چند مسیره عمل می کند. در اصل، این یک فیلتر تطبیقی ​​است که با توجه به ترتیب تمرین نمادها که بخشی از اطلاعات ارسال شده است تنظیم می شود. بلوک اکولایزر، به طور کلی، از نظر عملکرد ضروری نیست و در برخی موارد ممکن است وجود نداشته باشد.

برای ترکیبی از رمزگذار و رمزگشا، گاهی اوقات از نام کدک استفاده می شود.

علاوه بر فرستنده و گیرنده، واحد فرستنده و گیرنده شامل یک واحد منطق و یک سنتز فرکانس است. واحد منطقی در واقع یک میکرو کامپیوتر با حافظه عملیاتی و دائمی خود است که عملکرد ایستگاه سیار را کنترل می کند. سینت سایزر منبعی از نوسانات فرکانس حامل است که برای انتقال اطلاعات از طریق یک کانال رادیویی استفاده می شود. وجود یک نوسان ساز محلی و مبدل فرکانس به این دلیل است که از قسمت های مختلف طیف برای انتقال و دریافت استفاده می شود.

بلوک دیاگرام ایستگاه پایه در شکل نشان داده شده است. 1.6.

برنج. 1.6. دیاگرام بلوک ایستگاه پایه

وجود چندین گیرنده و تعداد فرستنده یکسان امکان کار همزمان در چندین کانال با فرکانس های مختلف را فراهم می کند.

گیرنده ها و فرستنده هایی با همین نام دارای نوسانگرهای مرجع قابل تنظیم مشترک هستند که تنظیم هماهنگ آنها را هنگام جابجایی از یک کانال به کانال دیگر تضمین می کند. برای اطمینان از عملکرد همزمان N گیرنده برای یک گیرنده و N فرستنده برای یک آنتن فرستنده، یک تقسیم کننده توان برای خروجی N بین آنتن گیرنده و گیرنده ها و یک تقسیم کننده توان برای ورودی N بین فرستنده و آنتن فرستنده نصب شده است. .

گیرنده و فرستنده ساختار مشابه ایستگاه سیار دارند، با این تفاوت که در اینجا DAC و ADC وجود ندارد، زیرا سیگنال ورودی فرستنده و سیگنال خروجی گیرنده دیجیتال هستند.

واحد رابط خط ارتباطی اطلاعات ارسال شده از طریق خط ارتباطی به مرکز سوئیچینگ را بسته بندی می کند و اطلاعات دریافتی از آن را باز می کند.

کنترلر ایستگاه پایه که یک کامپیوتر به اندازه کافی قدرتمند و کامل است، کنترل عملکرد ایستگاه و همچنین نظارت بر عملکرد تمام واحدها و گره های آن را فراهم می کند.

مرکز سوئیچینگ مرکز مغز و در عین حال مرکز دیسپاچینگ سیستم ارتباط سلولی است که جریان اطلاعات از تمام ایستگاه های پایه به آن بسته است و از طریق آن دسترسی به سایر شبکه های ارتباطی فراهم می شود - یک شبکه تلفن ثابت، از راه دور شبکه های ارتباطی، ارتباطات ماهواره ای و سایر شبکه های سلولی.

بلوک دیاگرام مرکز سوئیچینگ در شکل نشان داده شده است. 1.7. سوئیچ سوئیچینگ جریان اطلاعات را بین خطوط ارتباطی مربوطه انجام می دهد. به ویژه می تواند جریان اطلاعات را از یک ایستگاه پایه به ایستگاه دیگر یا از یک ایستگاه پایه به یک شبکه ارتباطی ثابت یا بالعکس هدایت کند.

سوئیچ از طریق کنترل کننده های ارتباطی مناسب به خطوط ارتباطی متصل می شود که پردازش میانی (بسته بندی/باز کردن بسته بندی، ذخیره سازی بافر) جریان اطلاعات را انجام می دهند. مدیریت کلی عملکرد مرکز سوئیچینگ و سیستم به طور کلی از کنترلر مرکزی انجام می شود که دارای نرم افزار قدرتمندی است. کار مرکز سوئیچینگ شامل مشارکت فعال اپراتورها است، بنابراین، مرکز شامل پایانه های مناسب و همچنین ابزارهای نمایش و ضبط (مستندسازی) اطلاعات است. اپراتور داده های مربوط به مشترکین و شرایط خدمات آنها، داده های اولیه در مورد حالت های عملکرد سیستم را وارد می کند.

برنج. 1.7. بلوک دیاگرام مرکز سوئیچینگ.

عناصر مهم سیستم پایگاه داده ها هستند - ثبت خانه، ثبت مهمان، مرکز احراز هویت، رجیستری سخت افزار. ثبت خانه حاوی اطلاعاتی در مورد کلیه مشترکین ثبت شده در این سامانه و انواع خدمات قابل ارائه به آنها می باشد. مکان مشترک نیز برای سازماندهی تماس وی در اینجا ثابت می شود و خدمات واقعی ارائه شده ثبت می شود. ثبت مهمان تقریباً اطلاعات مشابهی در مورد مشترکین - مهمانان (رومبرها) دارد. در مورد مشترکینی که در سامانه دیگری ثبت نام کرده اند اما در حال حاضر از خدمات ارتباط سلولی در این سامانه استفاده می کنند. مرکز احراز هویت رویه هایی را برای احراز هویت مشترکین و رمزگذاری پیام ها ارائه می کند. ثبت سخت افزار، در صورت وجود، حاوی اطلاعاتی درباره ایستگاه های سیار در حال کار برای قابلیت سرویس و استفاده مجاز آنها است.

1.2 خدمات مشترک توسط شبکه

رابط - سیستمی از سیگنال ها که از طریق آن دستگاه های یک سیستم ارتباط سلولی به یکدیگر متصل می شوند. هر استاندارد سلولی از چندین رابط (متفاوت در استانداردهای مختلف) استفاده می کند.

از بین تمام رابط های مورد استفاده در ارتباطات سلولی، یکی جایگاه ویژه ای را اشغال می کند - این رابط تبادل بین ایستگاه های تلفن همراه و پایه است. به آن رابط هوا می گویند. رابط زمینی لزوماً در هر سیستم ارتباط سلولی، با هر یک از پیکربندی های آن و در تنها نوع ممکن برای استاندارد ارتباطات سلولی آن استفاده می شود.

رابط روی هوا سیستم D-AMPS استاندارد IS-54 نسبتا ساده است (شکل 1.8.).

کانال ترافیک یک کانال انتقال صدا یا داده است. انتقال اطلاعات در کانال ترافیک توسط فریم های متوالی با مدت زمان 40 میلی ثانیه سازماندهی می شود. هر فریم از شش بازه زمانی تشکیل شده است - اسلات. مدت زمان اسلات (6.67 میلی ثانیه) مربوط به 324 بیت است. با کدگذاری نرخ کامل، دو اسلات برای یک کانال گفتار در هر فریم اختصاص داده می شود، یعنی. یک بخش 20 میلی ثانیه ای از گفتار در یک شکاف بسته بندی می شود که یک سوم طول آن است. با کدگذاری نیم نرخی، به یک کانال گفتاری یک شکاف در قاب اختصاص داده می شود، یعنی. بسته بندی سیگنال گفتار دو برابر متراکم تر از کدگذاری با نرخ کامل است.

شکل 1.8. ساختار قاب و اسلات سیستم D-AMPS (کانال ترافیک؛ استاندارد IS-54): داده – اطلاعات گفتار. همگام سازی (Sc) - همگام سازی (آموزش) دنباله. SACCH - اطلاعات تراز کند کانال را کنترل می کند. CDVCC (CC) - کد تأیید رنگ دیجیتال کد شده؛ G - خالی محافظ؛ R فاصله جلوی پالس فرستنده است. V، W، X، Y - صفرهای هگزادسیمال؛ Res - رزرو.

شکاف ساختار کمی متفاوت در کانال ترافیک رو به جلو - از ایستگاه پایه به ایستگاه سیار و در کانال ترافیک معکوس - از ایستگاه سیار تا ایستگاه پایه دارد. در هر دو مورد، 260 بیت برای انتقال گفتار اختصاص داده شده است. 52 بیت دیگر توسط کنترل و اطلاعات کمکی اشغال شده است. این شامل: یک دنباله آموزشی 28 بیتی است که برای شناسایی شکاف در یک قاب، زمان بندی اسلات و تنظیم اکولایزر استفاده می شود. پیام سیگنال دهی SACCH 12 بیتی (نظارت و کنترل)؛ فیلد کد رنگ‌آمیزی دیجیتال با کد 12 بیتی (CDVCC) که برای شناسایی ایستگاه سیار زمانی که سیگنال آن توسط ایستگاه پایه دریافت می‌شود، استفاده می‌شود (کد توسط ایستگاه پایه به صورت جداگانه برای هر کانال، یعنی برای هر ایستگاه متحرک اختصاص داده می‌شود و توسط ایستگاه متحرک رله می‌شود. دومی به ایستگاه پایه بازگشت).

12 بیت باقی مانده در کانال فوروارد (رزرو) استفاده نمی شود و در کانال معکوس به عنوان یک فاصله نگهبان عمل می کند که در طی آن هیچ اطلاعات مفیدی منتقل نمی شود.

در مرحله اولیه برقراری اتصال، از یک شکاف کوتاه شده استفاده می شود که در آن دنباله همگام سازی و کد CDVCC بارها تکرار می شوند و با اعداد صفر با طول های مختلف از هم جدا می شوند. یک جای خالی محافظ اضافی در انتهای شکاف کوتاه شده وجود دارد. ایستگاه سیار اسلات های کوتاهی را ارسال می کند تا زمانی که ایستگاه پایه تأخیر زمانی مورد نیاز را که با فاصله بین ایستگاه سیار و ایستگاه پایه تعیین می شود، انتخاب کند.

چندین کانال ارتباطی وجود دارد: فرکانس، فیزیکی و منطقی.

کانال فرکانسی یک باند فرکانسی است که برای انتقال اطلاعات یک کانال ارتباطی اختصاص داده شده است. چندین کانال فیزیکی را می توان در یک کانال فرکانس قرار داد، به عنوان مثال، در روش TDMA.

یک کانال فیزیکی در سیستم دسترسی چندگانه تقسیم زمانی (TDMA) یک شکاف زمانی با یک عدد خاص در توالی فریم واسط هوا است.

کانال های منطقی با توجه به نوع اطلاعات منتقل شده در کانال فیزیکی به یک کانال ترافیک و یک کانال کنترل تقسیم می شوند. کانال کنترل اطلاعات سیگنال شامل اطلاعات کنترل و اطلاعات نظارت بر وضعیت تجهیزات را حمل می کند و کانال ترافیک صدا و داده را حمل می کند.

(ترافیک مجموعه ای از پیام هایی است که از طریق یک خط ارتباطی منتقل می شود).

عملکرد یک ایستگاه سیار را در یک سلول از سیستم ("خانه") آن، بدون تحویل در نظر بگیرید. در این حالت، عملکرد ایستگاه سیار را می توان به چهار مرحله تقسیم کرد که با چهار حالت کار مطابقت دارد:

روشن و مقداردهی اولیه؛

حالت آماده به کار؛

حالت برقراری ارتباط (تماس)؛

نحوه ارتباط (مکالمه تلفنی).

پس از روشن کردن ایستگاه تلفن همراه، مقداردهی اولیه انجام می شود - شروع اولیه. در طول این مرحله، ایستگاه سیار برای کار به عنوان بخشی از سیستم پیکربندی می شود - با توجه به سیگنال هایی که به طور منظم توسط ایستگاه های پایه در کانال های کنترل مناسب ارسال می شود، پس از آن ایستگاه سیار به حالت آماده به کار می رود.

هنگامی که در حالت آماده به کار است، ایستگاه تلفن همراه نظارت می کند:

تغییرات در اطلاعات سیستم - این تغییرات می تواند هم با تغییر در نحوه عملکرد سیستم و هم با حرکات خود ایستگاه سیار همراه باشد.

دستورات سیستم - به عنوان مثال، فرمانی برای تأیید عملکرد آن؛

دریافت تماس از سیستم؛

شروع تماس توسط مشترک خود.

علاوه بر این، ایستگاه سیار می تواند به صورت دوره ای، به عنوان مثال، یک بار در هر 10...15 دقیقه، با ارسال سیگنال های مناسب به ایستگاه پایه، عملکرد خود را تأیید کند. در مرکز سوئیچینگ برای هر یک از ایستگاه های تلفن همراه گنجانده شده، یک سلول ثابت است که در آن "ثبت شده" است، که سازماندهی روند تماس با یک مشترک تلفن همراه را تسهیل می کند.

اگر تماسی از سیستم با شماره مشترک تلفن همراه باشد، مرکز سوئیچینگ این تماس را به ایستگاه پایه سلولی که ایستگاه سیار در آن "ثبت شده است" یا به چندین ایستگاه پایه در مجاورت این سلول هدایت می کند. با در نظر گرفتن حرکت احتمالی مشترک در طول زمان سپری شده از لحظه آخرین "ثبت نام" و ایستگاه های پایه آن را در کانال های تماس مناسب ارسال می کنند. ایستگاه سیار که در حالت بیکار است، تماس را دریافت می کند و از طریق ایستگاه پایه خود به آن پاسخ می دهد و همزمان داده های لازم برای انجام فرآیند احراز هویت را ارسال می کند. در یک نتیجه مثبتاحراز هویت، یک کانال ترافیک اختصاص داده می شود و ایستگاه سیار از شماره کانال فرکانس مربوطه مطلع می شود. ایستگاه سیار به یک کانال اختصاصی متصل می شود و همراه با ایستگاه پایه، مراحل لازم را برای آماده سازی یک جلسه ارتباطی انجام می دهد. در این مرحله، ایستگاه سیار با شماره شکاف مشخص شده در کادر تنظیم می شود، تأخیر زمانی را تنظیم می کند، سطح توان تابشی را تنظیم می کند و غیره. انتخاب تاخیر زمانی به منظور هماهنگی زمانی شکاف ها در قاب هنگام سازماندهی ارتباط با ایستگاه های سیار واقع در فواصل مختلف از ایستگاه پایه انجام می شود. در این حالت تاخیر زمانی بسته ارسال شده توسط ایستگاه سیار توسط دستورات ایستگاه پایه تنظیم می شود.

سپس ایستگاه پایه یک پیام زنگ (زنگ) صادر می کند که توسط ایستگاه تلفن همراه تأیید می شود و تماس گیرنده می تواند سیگنال زنگ را بشنود. هنگامی که مشترک تماس گرفته شده به تماس پاسخ می دهد، ایستگاه تلفن همراه درخواست پایان تماس را صادر می کند. هنگامی که اتصال قطع شد، جلسه ارتباط آغاز می شود.

در طول مکالمه، ایستگاه سیار سیگنال‌های گفتاری ارسالی و دریافتی و همچنین سیگنال‌های کنترلی که همزمان با گفتار ارسال می‌شوند را پردازش می‌کند. در پایان مکالمه، پیام های خدماتی بین تلفن همراه و ایستگاه پایه رد و بدل می شود و پس از آن فرستنده ایستگاه سیار خاموش می شود و ایستگاه به حالت آماده به کار می رود.

اگر تماس از ایستگاه سیار منشا می گیرد، یعنی. مشترک شماره مشترک تماس‌گرفته شده را شماره‌گیری می‌کند و دکمه «تماس» را روی کنترل پنل فشار می‌دهد، سپس ایستگاه تلفن همراه پیامی را از طریق ایستگاه پایه خود ارسال می‌کند که شماره تماس و داده‌ها را برای احراز هویت مشترک تلفن همراه نشان می‌دهد. پس از احراز هویت، ایستگاه پایه یک کانال ترافیک اختصاص می دهد و مراحل بعدی برای آماده سازی یک جلسه ارتباطی مانند زمانی است که تماسی از سیستم دریافت می شود.

سپس ایستگاه پایه مرکز سوئیچینگ را از آمادگی ایستگاه سیار مطلع می کند، مرکز سوئیچینگ تماس را به شبکه منتقل می کند و مشترک ایستگاه سیار این فرصت را پیدا می کند که سیگنال های "تماس" یا "مشغول" را بشنود. اتصال در سمت شبکه قطع می شود.

هر بار که یک اتصال برقرار می شود، مراحل احراز هویت و شناسایی انجام می شود.

احراز هویت روشی برای تأیید صحت (اعتبار، قانونی بودن، در دسترس بودن حقوق استفاده از خدمات تلفن همراه) مشترک یک سیستم ارتباط تلفن همراه است. نیاز به معرفی این رویه ناشی از وسوسه اجتناب ناپذیر برای دسترسی غیرمجاز به خدمات تلفن همراه است.

شناسایی رویه ای است برای تعیین اینکه یک ایستگاه سیار به یکی از گروه هایی با ویژگی ها یا ویژگی های خاص تعلق دارد. این روش برای شناسایی وسایل گم شده، دزدیده شده یا خراب استفاده می شود.

ایده روش احراز هویت در یک سیستم ارتباطات سلولی دیجیتال رمزگذاری برخی رمزهای عبور شناسه با استفاده از اعداد شبه تصادفی است که به طور دوره ای از مرکز سوئیچینگ به ایستگاه تلفن همراه ارسال می شود و یک الگوریتم رمزگذاری جداگانه برای هر ایستگاه تلفن همراه. چنین رمزگذاری با استفاده از داده ها و الگوریتم های اولیه یکسان، هم در ایستگاه سیار و هم در مرکز سوئیچینگ انجام می شود و اگر هر دو نتیجه مطابقت داشته باشند، احراز هویت موفقیت آمیز در نظر گرفته می شود.

روش شناسایی شامل مقایسه شناسه مجموعه مشترک با شماره های موجود در "لیست های سیاه" مربوطه ثبت تجهیزات به منظور خارج کردن دستگاه های سرقتی و معیوب از گردش است. شناسه دستگاه به گونه ای ساخته شده است که تغییر یا جعل آن دشوار و غیراقتصادی است.

هنگام انتقال یک ایستگاه سیار از یک سلول به سلول دیگر، سرویس آن از ایستگاه پایه سلول اول به ایستگاه پایه سلول دوم منتقل می شود (شکل 1.9.). به این فرآیند تحویل داده می شود. تنها زمانی اتفاق می افتد که ایستگاه سیار در طول یک جلسه ارتباطی از مرز سلول عبور کند و ارتباط قطع نشود. اگر ایستگاه سیار در حالت آماده به کار باشد، به سادگی این حرکات را با توجه به اطلاعات سیستم ارسال شده از طریق کانال کنترل ردیابی می کند و در زمان مناسب به سیگنال قوی تری از ایستگاه پایه دیگر تغییر می کند.

برنج. 1.9. هنگامی که ایستگاه سیار از یک مرز سلول عبور می کند، از سلول A به سلول B تحویل داده شود.

نیاز به انتقال زمانی اتفاق می‌افتد که کیفیت کانال ارتباطی، همانطور که با قدرت سیگنال و/یا نرخ خطای بیت اندازه‌گیری می‌شود، کمتر از حد قابل قبول باشد. در استاندارد D-AMPS، یک ایستگاه سیار این ویژگی ها را فقط برای یک سلول کار اندازه گیری می کند، اما زمانی که کیفیت ارتباط بدتر می شود، این موضوع را از طریق ایستگاه پایه به مرکز سوئیچینگ گزارش می دهد و به دستور دومی، اندازه گیری های مشابه انجام می شود. توسط ایستگاه های سیار در سلول های مجاور. بر اساس نتایج این اندازه‌گیری‌ها، مرکز سوئیچینگ سلولی را که باید سرویس به آن تحویل داده شود، انتخاب می‌کند.

سرویس از سلولی با بدترین کیفیت پیوند به سلولی با آن منتقل می شود بهترین کیفیت، و این تفاوت باید حداقل مقداری باشد. اگر این شرط لازم نباشد، برای مثال، هنگامی که ایستگاه سیار تقریباً در امتداد مرز سلول حرکت می‌کند، انتقال چندگانه از سلول اول به سلول دوم و عقب امکان‌پذیر است که منجر به بارگذاری سیستم با کار بی‌معنا و کاهش کیفیت می‌شود. ارتباط

پس از تصمیم گیری برای تحویل و انتخاب یک سلول جدید، مرکز سوئیچینگ این موضوع را به ایستگاه پایه سلول جدید اطلاع می دهد و ایستگاه سیار دستورات لازم را از طریق ایستگاه پایه سلول قدیمی که کانال فرکانس جدید، شیار کاری را نشان می دهد صادر می کند. شماره و غیره ایستگاه سیار به کانال جدیدو برای کار با یک ایستگاه پایه جدید پیکربندی شده است، تقریباً همان مراحلی را که در تهیه یک جلسه ارتباطی انجام می شود، دنبال می کند، پس از آن ارتباط از طریق ایستگاه پایه سلول جدید ادامه می یابد. در عین حال، وقفه در یک مکالمه تلفنی از کسری از ثانیه تجاوز نمی کند و برای مشترک نامرئی می ماند.

یک سیستم ارتباط سلولی می تواند عملکرد رومینگ را ارائه دهد - این روشی برای ارائه خدمات ارتباط سلولی به مشترک یک اپراتور در سیستم اپراتور دیگر است.

یک طرح سازماندهی رومینگ ایده آل و ساده شده به شرح زیر است: یک مشترک تلفن همراه که خود را در قلمرو یک سیستم "خارجی" می بیند که امکان رومینگ را می دهد، تماسی را شروع می کند که گویی در قلمرو سیستم "خود" خود است. مرکز سوئیچینگ با اطمینان از اینکه این مشترک در ثبت خانه خود ظاهر نمی شود، آن را به عنوان رومر درک کرده و در ثبت مهمان وارد می کند. در همان زمان، از ثبت خانه سیستم "بومی" رومر برای اطلاعات مربوط به آن، که برای سازماندهی سرویس ضروری است، جستجو می کند و گزارش می دهد که رومر در حال حاضر در کدام سیستم قرار دارد. آخرین اطلاعات در ثبت خانه سیستم "بومی" رومر ثبت می شود. پس از آن، رومر از ارتباطات سلولی مانند خانه استفاده می کند.

1.3 روش های جداسازی مشترکین در ارتباطات سلولی

یک منبع پیوند نشان دهنده زمان و پهنای باند موجود برای انتقال سیگنال در یک سیستم خاص است. برای ایجاد یک سیستم ارتباطی کارآمد، لازم است توزیع منبع بین کاربران سیستم به گونه‌ای برنامه‌ریزی شود که از زمان/فرکانس تا حد امکان بهینه استفاده شود. نتیجه چنین برنامه ریزی باید دسترسی برابر کاربران به منبع باشد. سه روش اصلی برای جداسازی مشترکین در یک سیستم ارتباطی وجود دارد.

1. تقسیم فرکانس. زیر باندهای خاصی از باند فرکانسی قابل استفاده اختصاص داده شده است.

2. جدایی زمانی. به مشترکین فواصل زمانی دوره ای اختصاص داده می شود. برخی از سیستم ها به کاربران زمان محدودی برای برقراری ارتباط می دهند. در موارد دیگر، زمان دسترسی کاربران به یک منبع به صورت پویا تعیین می شود.

3. تقسیم کد. عناصر خاصی از مجموعه ای از کدهای طیفی توزیع شده متعامد (یا تقریباً متعامد) متمایز می شوند که هر کدام از کل محدوده فرکانسی استفاده می کنند.

در تقسیم فرکانسمنبع ارتباطی (FDMA) مطابق شکل 1 توزیع شده است. 1.10. در اینجا، توزیع سیگنال ها یا کاربران در یک محدوده فرکانس طولانی مدت یا دائمی است. یک منبع ارتباطی می تواند به طور همزمان حاوی چندین سیگنال باشد که در یک طیف از هم فاصله دارند.

محدوده فرکانس اولیه شامل سیگنال هایی است که از محدوده فرکانس بین f 0 و f 1 ، دومی بین f 2 و f 3 و غیره استفاده می کنند. به مناطقی از طیف که بین باندهای قابل استفاده قرار دارند، نوارهای محافظ می گویند. باندهای محافظ به عنوان یک بافر برای کاهش تداخل بین کانال های مجاور (در فرکانس) عمل می کنند.

برنج. 1.10. مهر و موم تقسیم فرکانس.

برای اینکه یک سیگنال مدوله نشده از محدوده فرکانس بالاتری استفاده کند، با روی هم قرار دادن یا مخلوط کردن (مدولاسیون) این سیگنال و یک سیگنال سینوسی با فرکانس ثابت تبدیل می شود.

با تقسیم زمانی (TDMA)، یک منبع ارتباطی با ارائه هر یک از سیگنال های M (کاربران) کل طیف برای یک دوره زمانی کوچک، که بازه زمانی نامیده می شود، توزیع می شود (شکل 1.11.). فواصل زمانی که فواصل مورد استفاده را از هم جدا می کند، فواصل نگهبان نامیده می شود.

فاصله نگهبان مقداری عدم قطعیت زمانی بین سیگنال های مجاور ایجاد می کند و به عنوان یک بافر عمل می کند و در نتیجه تداخل را کاهش می دهد. زمان معمولاً به بازه هایی به نام فریم تقسیم می شود. هر فریم به شکاف های زمانی تقسیم می شود که می تواند بین کاربران توزیع شود. ساختار کلی فریم ها به صورت دوره ای تکرار می شود، به طوری که یک انتقال داده TDMA یک یا چند شکاف زمانی است که به صورت دوره ای در هر فریم تکرار می شود.

برنج. 1.11. با جداسازی موقت مهر و موم کنید.

دسترسی چندگانه تقسیم کد (CDMA) یک کاربرد عملی از تکنیک های طیف گسترده است که می توان آن را به دو دسته اصلی تقسیم کرد: طیف گسترده توالی مستقیم و طیف گسترده پرش فرکانس.

اجازه دهید گسترش طیف را با روش توالی مستقیم در نظر بگیریم. طیف گسترده نام خود را از این واقعیت گرفته است که پهنای باند مورد استفاده برای انتقال سیگنال بسیار بیشتر از حداقل مورد نیاز برای انتقال داده است. بنابراین، N کاربر یک کد جداگانه g i (t) را دریافت می کنند، که در آن i = 1,2,…,N است. کدها تقریباً متعامد هستند.

نمودار بلوکی سیستم استاندارد CDMA در شکل نشان داده شده است. 1.12.

برنج. 1.12. تقسیم کد دسترسی چندگانه

بلوک اول مدار مربوط به مدولاسیون داده موج حامل Acoσω 0 t است. خروجی مدولاتور متعلق به کاربر از گروه 1 را می توان به صورت زیر نوشت: s 1 (t)=A 1 (t)cos(ω 0 t+φ 1 (t)).

نوع سیگنال دریافتی می تواند دلخواه باشد. سیگنال مدوله شده در سیگنال پخش کننده g 1 (t) اختصاص داده شده به گروه 1 ضرب می شود. نتیجه g 1 (t)s 1 (t) از طریق کانال منتقل می شود. به همین ترتیب، برای کاربران گروه های 2 تا N، حاصلضرب تابع کد و سیگنال گرفته می شود. اغلب اوقات، دسترسی به کد محدود به یک گروه کاملاً مشخص از کاربران است. سیگنال کانال حاصل ترکیبی خطی از تمام سیگنال های ارسالی است. با نادیده گرفتن تاخیر در انتقال سیگنال، ترکیب خطی نشان داده شده را می توان به صورت زیر نوشت: g 1 (t)s 1 (t)+ g 2 (t)s 2 (t)+…+ g N (t)s N (t) .

ضرب s 1 (t) و g 1 (t) منجر به تابعی می شود که طیف آن پیچیدگی طیف های s 1 (t) و g 1 (t) است. از آنجایی که سیگنال s 1 (t) را می توان باند باریک در نظر گرفت (در مقایسه با g 1 (t))، باندهای g 1 (t)s 1 (t) و g 1 (t) را می توان تقریباً برابر در نظر گرفت. گیرنده ای را در نظر بگیرید که برای دریافت پیام ها از گروه کاربر 1 پیکربندی شده است. فرض کنید سیگنال دریافتی و کد g 1 (t) تولید شده توسط گیرنده کاملاً با یکدیگر همگام هستند. اولین مرحله گیرنده ضرب سیگنال دریافتی در g 1 (t) است. در نتیجه، یک تابع g 1 2 (t)s 1 (t) و مجموعه ای از سیگنال های جانبی g 1 (t)g 2 (t)s 2 (t)+ g 1 (t)g 3 (t)s 3 (t)+…+ g 1 (t)g N (t)s N (t). اگر توابع کد g i (t) متعامد باشند، سیگنال دریافتی را می توان به طور کامل در غیاب نویز استخراج کرد، زیرا

.

سیگنال های جانبی به راحتی توسط سیستم حذف می شوند، زیرا

.

مزایای اصلی CDMA حفظ حریم خصوصی و ایمنی در برابر نویز است.

1. حریم خصوصی. اگر کد یک گروه کاربری فقط برای اعضای مجاز آن گروه شناخته شده باشد، CDMA محرمانه بودن ارتباط را تضمین می کند، زیرا افراد غیرمجاز که کد را ندارند نمی توانند به اطلاعات ارسال شده دسترسی داشته باشند.

2. ایمنی صدا. مدوله کردن یک سیگنال با یک توالی در هنگام انتقال مستلزم آن است که با همان ترتیب در دریافت مجدداً مدوله شود (که معادل دمودولاسیون سیگنال است) و در نتیجه سیگنال باند باریک اولیه بازیابی می شود. اگر تداخل باند باریک باشد، آنگاه دنباله مستقیم دمودولاسیون، هنگام دریافت، بر روی آن به عنوان یک تعدیل کننده عمل می کند، یعنی. طیف خود را بر روی یک باند گسترده W ss "لکه می کند"، در نتیجه تنها 1/G از توان تداخل به باند باریک سیگنال Ws می افتد، به طوری که تداخل باند باریک G بار کاهش می یابد، در جایی که G=W ss /W s (W ss باند طیف گسترده است، W s طیف اصلی است). اگر تداخل پهن باند باشد - با باندی از مرتبه W ss یا وسیع‌تر، در این صورت دمدولاسیون عرض طیف آن را تغییر نمی‌دهد و تداخل به همان اندازه که باند آن از باند گسترده‌تر باشد، در باند سیگنال ضعیف‌شده قرار می‌گیرد. W از سیگنال اصلی.

1.4 استاندارد DECT برای ارتباط

سیستم ها و دستگاه های DECT در بیش از 30 کشور در تمام قاره های کره زمین توزیع شده اند. در واقع DECT مجموعه ای از مشخصات است که رابط های رادیویی را برای انواع مختلف شبکه ها و تجهیزات ارتباطی تعریف می کند. DECT الزامات، پروتکل ها و پیام هایی را ترکیب می کند که تعامل شبکه های ارتباطی و تجهیزات پایانه را تضمین می کند. سازماندهی خود شبکه ها و چیدمان تجهیزات در استاندارد گنجانده نشده است. مهمترین وظیفه DECT اطمینان از سازگاری تجهیزات تولید کنندگان مختلف است.

در ابتدا، DECT بر روی تلفن متمرکز بود - توسعه دهنده های رادیویی، PBX های اداری بی سیم، ارائه دسترسی رادیویی به شبکه های تلفن عمومی. اما این استاندارد به قدری موفق بود که شروع به استفاده از آن در سیستم های انتقال داده، دسترسی مشترک بی سیم به شبکه های ارتباطی عمومی کرد. DECT در برنامه های کاربردی چند رسانه ای و شبکه های رادیویی خانگی، برای دسترسی به اینترنت و فکس استفاده شده است.

رابط رادیویی DECT چیست؟ در باند 20 مگاهرتز (1880 - 1900 مگاهرتز)، 10 فرکانس حامل با فاصله 1.728 مگاهرتز اختصاص داده شده است. DECT از فناوری دسترسی تقسیم زمان - TDMA استفاده می کند. طیف زمانی به فریم های مجزای 10 میلی ثانیه تقسیم می شود (شکل 1.13.). هر فریم به 24 اسلات زمانی تقسیم می شود: 12 اسلات برای دریافت (از نقطه نظر ترمینال پوشیدنی) و 12 اسلات برای ارسال. بنابراین، در هر یک از 10 فرکانس حامل، 12 کانال دوبلکس تشکیل می شود - در مجموع 120. Duplex با تقسیم زمانی (با فاصله 5 میلی ثانیه) از دریافت / ارسال ارائه می شود. دنباله 32 بیتی "101010..." برای همگام سازی استفاده می شود. DECT فشرده سازی گفتار را مطابق با فناوری PCM دیفرانسیل تطبیقی ​​با سرعت 32 کیلوبیت بر ثانیه فراهم می کند. بنابراین قسمت اطلاعات هر شکاف 320 بیت است. هنگام انتقال داده ها، امکان ترکیب شکاف های زمانی وجود دارد. مسیر رادیویی از مدولاسیون فرکانس گاوسی استفاده می کند.

ایستگاه های پایه (BS) و پایانه های مشترک (AT) DECT دائماً تمام کانال های موجود (تا 120) را اسکن می کنند. در این حالت، قدرت سیگنال در هر یک از کانال ها اندازه گیری می شود که در لیست RSSI وارد می شود. اگر لینک مشغول یا پر سر و صدا باشد، RSSI بالاست. BS کانالی را که بیشترین تعداد را دارد انتخاب می کند کم ارزش RSSI برای انتقال مداوم اطلاعات خدمات در مورد تماس های مشترک، شناسه ایستگاه، قابلیت های سیستم و غیره. این اطلاعات نقش سیگنال های مرجع را برای AT ایفا می کند - به گفته آنها، دستگاه های مشترک تعیین می کنند که آیا حق دسترسی به یک BS خاص وجود دارد، آیا خدمات مورد نیاز مشترک را ارائه می دهد، آیا ظرفیت رایگان در سیستم وجود دارد یا خیر و انتخاب می کنند. BS با بالاترین کیفیت سیگنال.

در DECT، کانال ارتباطی همیشه AT را تعریف می کند. هنگامی که یک اتصال از BS (اتصال ورودی) درخواست می شود، AT یک اعلان دریافت می کند و یک کانال رادیویی را انتخاب می کند. اطلاعات سرویس توسط ایستگاه پایه منتقل می شود و توسط پایانه کاربر به طور مداوم تجزیه و تحلیل می شود، بنابراین، AT همیشه با نزدیکترین BS موجود هماهنگ می شود. هنگام برقراری یک اتصال جدید، AT کانالی را با کمترین مقدار RSSI انتخاب می کند - این تضمین می کند که اتصال جدید در تمیزترین کانال موجود رخ می دهد. این روش تخصیص کانال پویا به شما امکان می دهد از برنامه ریزی فرکانس خلاص شوید - مهمترین ویژگی DECT.

برنج. 1.13. طیف DECT.

از آنجایی که AT به طور مداوم، حتی زمانی که یک اتصال برقرار می شود، کانال های موجود را تجزیه و تحلیل می کند، می توان آنها را به صورت پویا در طول یک جلسه ارتباط تغییر داد. چنین سوئیچینگی هم به کانال دیگری از همان BS و هم به BS دیگر امکان پذیر است. این روش "تحویل" نامیده می شود. در انتقال، AT یک اتصال جدید برقرار می کند و برای مدتی ارتباط در هر دو کانال حفظ می شود. سپس بهترین انتخاب می شود. سوئیچینگ خودکار بین کانال های BS مختلف تقریباً به طور نامحسوس برای کاربر اتفاق می افتد و به طور کامل توسط AT آغاز می شود.

ضروری است که قدرت سیگنال در مسیر رادیویی تجهیزات DECT بسیار کم باشد - از 10 تا 250 مگاوات. علاوه بر این، 10 مگاوات عملاً توان اسمی برای سیستم های میکروسلولی با شعاع سلولی 30-50 متر در داخل ساختمان و حداکثر 300-400 متر در فضای باز است. فرستنده هایی با توان حداکثر 250 مگاوات برای پوشش رادیویی مناطق بزرگ (تا 5 کیلومتر) استفاده می شود.

با توان 10 مگاوات می توان ایستگاه های پایه را در فاصله 25 متری مکان یابی کرد که در نتیجه تراکم اتصال همزمان (حدود 100 هزار مشترک) به ثبت می رسد مشروط بر اینکه BS مطابق با شش ضلعی قرار گیرد. طرح در همان صفحه (در همان طبقه).

برای محافظت در برابر دسترسی های غیرمجاز در سیستم های DECT، از روش احراز هویت BS و AT استفاده می شود. AT در سیستم یا در ایستگاه های پایه فردی که به آنها دسترسی دارد ثبت می شود. احراز هویت با هر اتصال اتفاق می افتد: BS یک "درخواست" به AT ارسال می کند - یک عدد تصادفی (64 بیت). بر اساس این عدد و کلید احراز هویت، AT و BS یک پاسخ احراز هویت (32 بیت) را با استفاده از یک الگوریتم مشخص محاسبه می کنند که AT آن را به BS ارسال می کند. BS پاسخ محاسبه شده را با پاسخ دریافتی مقایسه می کند و در صورت مطابقت، به AT اجازه می دهد تا متصل شود. DECT دارای یک الگوریتم احراز هویت استاندارد DSAA است.

به عنوان یک قاعده، کلید احراز هویت بر اساس کلید احراز هویت مشترک UAK با طول 128 بیت یا کد احراز هویت AC (16 - 32 بیت) محاسبه می شود. UAK در AT ROM یا در یک کارت DAM که شبیه سیم کارت است ذخیره می شود. AC همچنین می تواند به صورت دستی در AT ROM نوشته شود یا در حین احراز هویت وارد شود. همراه با UAK، یک UPI شناسه کاربر شخصی نیز استفاده می‌شود که 16 تا 32 بیت طول دارد و فقط به صورت دستی وارد می‌شود. علاوه بر این، بازیابی غیرمجاز اطلاعات در سیستم های دارای TDMA بسیار پیچیده است و فقط در اختیار متخصصان است.

1.5 استانداردها بلوتوث , Wi - فی (802.11, 802.16)

مشخصات بلوتوث یک روش بسته را برای انتقال اطلاعات با مالتی پلکس شدن زمان توصیف می کند. ترافیک رادیویی در باند فرکانسی 2400-2483.5 مگاهرتز رخ می دهد. مسیر رادیویی از روش پخش طیف با استفاده از پرش فرکانس و مدولاسیون فرکانس گاوسی دو سطحی استفاده می کند.

روش پرش فرکانس به این معنی است که کل باند فرکانسی اختصاص داده شده برای انتقال به تعداد معینی از کانال های فرعی با عرض 1 مگاهرتز تقسیم می شود. کانال یک توالی شبه تصادفی از پرش بیش از 79 یا 23 کانال فرعی RF است. هر کانال به بخش های زمانی 625 میکروثانیه تقسیم می شود که هر بخش مربوط به یک کانال فرعی خاص است. فرستنده در هر زمان فقط از یک کانال فرعی استفاده می کند. پرش ها به طور همزمان در فرستنده و گیرنده در یک توالی شبه تصادفی از پیش تعیین شده رخ می دهد. تا 1600 پرش فرکانس می تواند در هر ثانیه رخ دهد. این روش محرمانه بودن و مصونیت صوتی ارسال ها را فراهم می کند. مصونیت از نویز با این واقعیت تضمین می شود که اگر بسته ارسال شده نمی تواند در هیچ کانال فرعی دریافت شود، گیرنده این را گزارش می دهد و انتقال بسته در یکی از کانال های فرعی زیر، در فرکانس متفاوت، تکرار می شود.

پروتکل بلوتوث از اتصالات نقطه به نقطه و نقطه به چند نقطه پشتیبانی می کند. دو یا چند دستگاه با استفاده از یک کانال یک پیکونت را تشکیل می دهند. یکی از دستگاه ها به عنوان استاد کار می کند و بقیه به عنوان برده. می‌تواند تا هفت Slave فعال در یک Piconet وجود داشته باشد، که Slave‌های باقی‌مانده در حالت "پارک شده" هستند و با master هماهنگ می‌شوند. پیکونت های متقابل یک "شبکه توزیع شده" را تشکیل می دهند.

هر پیکنت تنها یک دستگاه اصلی دارد، اما دستگاه های برده می توانند بخشی از پیکنت های مختلف باشند. علاوه بر این، دستگاه اصلی یک پیکونت می تواند یک برده در دیگری باشد (شکل 1.14.). Piconets از نظر زمان و فرکانس با یکدیگر همگام نیستند - هر یک از آنها از دنباله خود را از پرش فرکانس استفاده می کند. در یک پیکونت، همه دستگاه ها از نظر زمان و فرکانس همگام می شوند. دنباله پرش برای هر پیکونت منحصر به فرد است و با آدرس دستگاه اصلی آن تعیین می شود. طول چرخه دنباله شبه تصادفی 227 عنصر است.

برنج. 1. 14. یک پیکونت با یک دستگاه برده a)، چندین ب) و یک شبکه توزیع شده ج).

AT استاندارد بلوتوثانتقال دوبلکس بر اساس تقسیم زمان ارائه شده است. دستگاه اصلی بسته ها را در بخش های زمانی فرد و دستگاه برده در قسمت های زوج ارسال می کند (شکل 1.15.). بسته ها، بسته به طولشان، می توانند تا پنج بخش زمانی را به خود اختصاص دهند. در این حالت فرکانس کانال تا پایان ارسال بسته تغییر نمی کند (شکل 1.16.).

برنج. 1. 15. نمودار زمان بندی کانال.

پروتکل بلوتوث می تواند از یک کانال داده ناهمزمان، حداکثر سه کانال صوتی همزمان (با نرخ ثابت) یا یک کانال داده ناهمزمان و صدای همزمان همزمان پشتیبانی کند.

با اتصال همزمان، دستگاه اصلی بخش های زمانی را به دنبال فواصل به اصطلاح همزمان رزرو می کند. حتی اگر بسته ای با خطا دریافت شود، در طول اتصال همزمان مجددا ارسال نمی شود. ارتباطات ناهمزمان از بخش های زمانی استفاده می کند که برای اتصال همزمان رزرو نشده اند. اگر هیچ آدرسی در قسمت آدرس یک بسته ناهمزمان مشخص نشده باشد، بسته "پخش" در نظر گرفته می شود - توسط همه دستگاه ها قابل خواندن است. یک اتصال ناهمزمان امکان ارسال مجدد بسته های دریافت شده با خطا را فراهم می کند.

برنج. 1. 16. انتقال بسته ها با طول های مختلف.

یک بسته استاندارد بلوتوث شامل یک کد دسترسی 72 بیتی، یک هدر 54 بیتی و یک فیلد اطلاعاتی با حداکثر 2745 بیت است. کد دسترسی بسته‌های متعلق به یک پیکونت را شناسایی می‌کند و همچنین برای رویه‌های همگام‌سازی و پرس و جو استفاده می‌شود. این شامل یک مقدمه (4 بیت)، یک کلمه همگام (64 بیت) و یک تریلر - 4 بیت از چک‌سوم است.

هدر حاوی اطلاعات کنترل ارتباط است و از شش فیلد تشکیل شده است: AM_ADDR – آدرس 3 بیتی عنصر فعال. TYPE - کد نوع داده 4 بیتی؛ FLOW - 1 بیت کنترل جریان داده که نشان دهنده آمادگی دستگاه برای دریافت است. ARQN - 1 بیت تأیید دریافت صحیح؛ SEQN - 1 بیت برای تعیین توالی بسته ها استفاده می شود. HEC - جمع کنترل 8 بیتی.

فیلد اطلاعات، بسته به نوع بسته‌ها، ممکن است شامل فیلدهای صوتی یا فیلدهای داده یا هر دو نوع فیلد به طور همزمان باشد.

استاندارد IEEE 802.11 مورد استفاده در شبکه های داده محلی را در نظر بگیرید - i.e. در شبکه های بی سیم اترنت مانند که اساساً ماهیت ناهمزمان دارند.

IEEE 802.11 دو لایه پایین تر از مدل تعامل را در نظر می گیرد سیستم های باز- فیزیکی (روش کار با رسانه انتقال، روش های سرعت و مدولاسیون تعیین می شود) و سطح پیوند داده، و در آخرین سطح زیرسطح پایین در نظر گرفته می شود - MAC، یعنی. کنترل دسترسی به کانال (رسانه انتقال). IEEE 802.11 از باند 2.400 - 2.4835 گیگاهرتز با پهنای باند 83.5 مگاهرتز استفاده می کند و برای انتقال بسته با بسته های آدرس 48 بیتی فراهم می کند.

این استاندارد دو راه اصلی را برای سازماندهی یک شبکه محلی ارائه می دهد - طبق اصل "هر کدام با هر یک" (ارتباط مستقیم بین دو ایستگاه برقرار می شود، همه دستگاه ها باید در منطقه دید رادیویی باشند، هیچ مدیریتی رخ نمی دهد) و به شکل یک شبکه ساختار یافته (یک دستگاه اضافی ظاهر می شود - یک نقطه دسترسی، به عنوان یک قاعده، ثابت و در یک کانال ثابت کار می کند؛ ارتباط بین دستگاه ها فقط از طریق نقاط دسترسی انجام می شود که از طریق آن دسترسی به شبکه های سیمی خارجی نیز امکان پذیر است).

به عنوان یک قاعده، توابع کنترل در بین تمام دستگاه های شبکه IEEE 802.11 - حالت DCF توزیع می شود. با این حال، برای شبکه های ساخت یافته، حالت PCF زمانی امکان پذیر است که کنترل به یک نقطه دسترسی خاص منتقل شود. نیاز به PCF هنگام انتقال اطلاعات حساس به تاخیر ایجاد می شود. از این گذشته ، شبکه های IEEE 802.11 بر اساس اصل دسترسی رقابتی به کانال کار می کنند - هیچ اولویتی وجود ندارد. به منظور تنظیم آنها در صورت لزوم، حالت PCF معرفی شد. با این حال، عملیات در این حالت فقط در فواصل زمانی خاص تکرار می شود.

برای امنیت انتقال داده ها در سطح MAC، احراز هویت ایستگاه و رمزگذاری داده های ارسالی ارائه شده است.

IEEE 802.11 دسترسی چندگانه Carrier Sense را با تشخیص برخورد پیاده سازی می کند. ایستگاه فقط در صورتی می تواند انتقال را شروع کند که کانال آزاد باشد. اگر ایستگاه‌ها تشخیص دهند که چندین ایستگاه در تلاش هستند در یک کانال کار کنند، همه آنها ارسال را متوقف می‌کنند و سعی می‌کنند پس از مدت زمان تصادفی ارسال را از سر بگیرند. بنابراین، حتی در هنگام ارسال، دستگاه باید کانال را کنترل کند، یعنی. برای پذیرایی کار کنید

قبل از اولین تلاش برای دسترسی به کانال، دستگاه مدت زمان انتظار تصادفی را در یک شمارنده ویژه بارگیری می کند. مقدار آن در فرکانس مشخص شده در حالی که کانال بیکار است کاهش می یابد. به محض تنظیم مجدد شمارنده، دستگاه می تواند کانال را اشغال کند. اگر قبل از تنظیم مجدد شمارنده، کانال توسط دستگاه دیگری اشغال شود، شمارش متوقف می شود و مقدار به دست آمده حفظ می شود. در تلاش بعدی، شمارش از مقدار ذخیره شده شروع می شود. در نتیجه، کسانی که دفعه قبل وقت نداشتند، فرصت بیشتری برای اشغال کانال در دفعه بعد دارند. این مورد در مورد شبکه های اترنت سیمی صدق نمی کند.

بسته هایی که انتقال از طریق آنها انجام می شود، در واقع در لایه MAC تشکیل می شوند؛ در لایه فیزیکی، یک هدر لایه فیزیکی (PLCP) به آنها اضافه می شود که از یک مقدمه و خود سربرگ PLCP تشکیل شده است. سه نوع بسته لایه MAC وجود دارد - بسته های داده، بسته های کنترلی و بسته های کنترلی. ساختار آنها یکسان است. هر بسته شامل یک هدر MAC، یک فیلد اطلاعاتی و یک چک‌سوم است.

شبکه های داده بی سیم شهری با باند پهن با دسترسی ثابت از استاندارد IEEE 802.16 استفاده می کنند.

استاندارد IEEE 802.16 عملکرد را در محدوده سیستم های 10 تا 66 گیگاهرتز با معماری نقطه به چند نقطه (از مرکز تا بسیاری) توصیف می کند. این یک سیستم دو جهته است، یعنی. جریان های پایین دست (از ایستگاه پایه به مشترکین) و بالادست (به ایستگاه پایه) ارائه می شود. در این حالت، کانال ها پهن باند (حدود 25 مگاهرتز) فرض می شود و نرخ انتقال بالا (مثلاً 120 مگابیت در ثانیه) است.

استاندارد IEEE 802.16 یک طرح مدولاسیون حامل تک (در هر کانال فرکانس) را فراهم می کند و سه نوع مدولاسیون دامنه مربعی را امکان پذیر می کند: QPSK چهار موقعیت و 16 موقعیت 16-QAM (اجباری برای همه دستگاه ها) و همچنین 64-QAM. (اختیاری).

داده ها در لایه فیزیکی به عنوان یک دنباله پیوسته از فریم ها منتقل می شوند. هر فریم مدت زمان ثابتی دارد - 0.5. 1 و 2 میلی ثانیه فریم از یک مقدمه (32 دنباله همگام سازی نویسه QPSK)، بخش کنترل و دنباله ای از بسته های داده تشکیل شده است. از آنجایی که سیستم تعریف شده توسط استاندارد IEEE 802.16 دو جهته است، مکانیزم دوطرفه مورد نیاز است. هم برای جداسازی فرکانس و هم زمانی لینک بالا و پایین لینک فراهم می کند. در Duplexing کانال زمانی، یک فریم به زیر فریم های downlink و uplink تقسیم می شود که با یک فاصله زمانی خاص از هم جدا می شوند. در فرکانس دوبلکس، لینک بالا و پایین هر کدام در حامل خود پخش می شوند.

لایه IEEE 802.16 MAC به سه لایه فرعی تقسیم می شود - یک لایه فرعی ترجمه سرویس (سرویس ها برنامه های مختلف هستند)، یک لایه فرعی اصلی و یک لایه فرعی امنیتی. در زیرلایه حفاظتی، مکانیسم های احراز هویت و رمزگذاری داده ها پیاده سازی می شوند. در زیرلایه تبدیل سرویس، جریان های داده پروتکل های لایه بالایی برای انتقال داده از طریق شبکه های IEEE 802.16 تبدیل می شوند. برای هر نوع کاربرد سطح بالا، استاندارد مکانیزم تغییر شکل متفاوتی را ارائه می کند. در زیرلایه اصلی MAC، بسته های داده تشکیل می شوند که سپس به لایه فیزیکی منتقل شده و از طریق کانال ارتباطی پخش می شوند. یک بسته MAC شامل یک هدر و یک فیلد داده است که ممکن است با یک چک‌سوم دنبال شود.

یک نکته کلیدی در استاندارد IEEE 802.16 مفهوم جریان سرویس و مفاهیم مرتبط "اتصال" و "شناسه اتصال" (CID) است. یک جریان سرویس در استاندارد IEEE 802.16 یک جریان داده مرتبط با یک برنامه خاص است. در این زمینه، یک اتصال برقراری یک اتصال منطقی در لایه‌های MAC در سمت ارسال و دریافت برای انتقال یک جریان سرویس است. به هر اتصال یک CID 16 بیتی اختصاص داده می شود که به طور منحصر به فرد با نوع و ویژگی های اتصال مرتبط است. جریان سرویس با مجموعه ای از الزامات برای کانال انتقال اطلاعات (به زمان تاخیر نماد، سطح نوسانات تاخیر و پهنای باند تضمین شده) مشخص می شود. به هر جریان سرویس یک شناسه SFID اختصاص داده می شود که بر اساس آن BS پارامترهای لازم یک اتصال خاص مرتبط با این جریان سرویس را تعیین می کند.

اصل اساسی ارائه دسترسی به کانال در استاندارد IEEE 802.16 دسترسی بر اساس تقاضا است. هیچ AS (ایستگاه مشترک) نمی تواند چیزی را منتقل کند، به جز درخواست های ثبت نام و ارائه یک کانال، تا زمانی که BS به آن اجازه انجام این کار را بدهد، یعنی. یک شکاف زمانی در uplink اختصاص می دهد و مکان آن را نشان می دهد. SS می تواند اندازه پهنای باند معینی را در کانال درخواست کند یا درخواست تغییر در منبع کانالی را که قبلاً برای آن ارائه شده است را درخواست کند. استاندارد IEEE 802.16 دو حالت اعطای دسترسی را فراهم می کند - برای هر اتصال جداگانه و برای همه اتصالات یک AS خاص. واضح است که مکانیسم اول انعطاف پذیری بیشتری را فراهم می کند، اما مکانیسم دوم به طور قابل توجهی حجم پیام های سربار را کاهش می دهد و به عملکرد سخت افزاری کمتری نیاز دارد.

2. سیستم های سیگنال های پیچیده برای سیستم های مخابراتی

2.1 طیف سیگنال

طیف سیگنال s(t) توسط تبدیل فوریه تعیین می شود

به طور کلی، طیف تابع پیچیده ای از فرکانس ω است. طیف را می توان به صورت نمایش داد

,

کجا |S(ω)| دامنه است و φ(ω) طیف فاز سیگنال s(t) است.

طیف سیگنال دارای ویژگی های زیر است:

1. خطی بودن: اگر مجموعه ای از سیگنال ها وجود داشته باشد s 1 (t)، s 2 (t)، ...، و s 1 (t) S 1 (ω)، s 2 (t) S 2 (ω)، ...، سپس مجموع سیگنال های تبدیل فوریه به صورت زیر است:

که در آن a i ضرایب عددی دلخواه هستند.

2. اگر سیگنال s(t) با طیف S(ω) مطابقت داشته باشد، همان سیگنالی که با t 0 جابه جا شده است، مربوط به طیف S(ω) ضرب در e - jωt 0 s(t-t 0)S(ω)e است. - jωt 0 .

3. اگر s(t)S(ω)، پس

4. اگر s(t)S(ω) و f(t)=ds/dt، آنگاه f(t)F(ω)=jωS(ω).

5. اگر s(t)S(ω) و g(t)=∫s(t)dt، آنگاه g(t)G(ω)=S(ω)/jω.

6. اگر u(t)U(ω)، v(t)V(ω) و s(t)=u(t)v(t)، پس

.

سیگنال بر روی طیف با استفاده از تبدیل فوریه معکوس پیدا می شود

.

طیف برخی از سیگنال ها را در نظر بگیرید.

1. پالس مستطیلی.

شکل 2.1. طیف یک پالس مستطیل شکل.

2. تکانه گاوسی.

s(t)=Uexp(-βt 2)

شکل 2.2. طیف پالس گاوسی

3. تکانه صاف

با استفاده از یکپارچه سازی عددی، طیف S(ω) را پیدا می کنیم.

S(0)=2.052 S(6)=-0.056

S(1)=1.66 S(7)=0.057

S(2)=0.803 S(8)=0.072

S(3)=0.06 S(9)=0.033

S(4)=-0.259 S(10)=-0.0072

S(5)=-0.221 S(ω)=S(-ω)

برنج. 2.3. طیف پالس صاف.

2.2 خواص همبستگی سیگنال ها

برای مقایسه سیگنال های جابجا شده در زمان، تابع همبستگی خودکار (ACF) سیگنال معرفی شده است. از نظر کمی درجه تفاوت بین سیگنال u(t) و کپی با جابجایی زمانی آن u(t - τ) را تعیین می کند و برابر است با حاصل ضرب اسکالر سیگنال و کپی:

مستقیماً مشاهده می شود که در τ=0 تابع خودهمبستگی برابر با انرژی سیگنال می شود: B u (0)=E u .

تابع خودهمبستگی زوج است: B u (τ)=B u (-τ).

برای هر مقدار از تغییر زمانی τ، ماژول ACF از انرژی سیگنال |В u (τ)|≤B u (0)=E u تجاوز نمی کند.

ACF با رابطه زیر با طیف سیگنال مرتبط است:

.

برعکس این هم صادق است:

.

برای یک سیگنال گسسته، ACF به صورت زیر تعریف می شود:

و دارای خواص زیر می باشد.

ACF گسسته زوج است: B u (n)=B u (-n).

در شیفت صفر، ACF انرژی یک سیگنال گسسته را تعیین می کند:

.

گاهی اوقات یک تابع همبستگی متقاطع (CCF) سیگنال ها معرفی می شود که نه تنها تغییر سیگنال ها نسبت به یکدیگر در زمان، بلکه تفاوت در شکل سیگنال ها را نیز توصیف می کند.

VKF به صورت زیر تعریف می شود

برای سیگنال های پیوسته و

برای سیگنال های گسسته

ACF برخی سیگنال ها را در نظر بگیرید.

1. توالی پالس های مستطیلی

برنج. 2.4. ACF دنباله ای از پالس های مستطیلی.

2. سیگنال بارکر 7 موقعیت

B u (0) = 7، B u (1) = B u (-1) = 0، B u (2) = B u (-2) = -1، B u (3) = B u (-3 )=0، B u (4)= B u (-4)=-1، B u (5)= B u (-5)=0، B u (6) = B u (-6)=-1 ، B u (7) = B u (-7) = 0.

برنج. 2.5. ACF سیگنال بارکر 7 موقعیت.

3. توابع والش 8 موقعیت

تابع والش مرتبه دوم

B u (0)=8, B u (1)= B u (-1)=3, B u (2)= B u (-2)=-2, B u (3)= B u (-3) )=-3، B u (4)= B u (-4)=-4، B u (5)= B u (-5)=-1، B u (6) = B u (-6)= 2، B u (7) = B u (-7) = 1، B u (8) = B u (-8) = 0.

برنج. 2.6. ACF تابع والش مرتبه دوم.

تابع والش مرتبه هفتم

B u (0) = 8، B u (1) = B u (-1) =-7، B u (2) = B u (-2) = 6، B u (3) = B u (-3 )=-5، B u (4)= B u (-4) = 4، B u (5) = B u (-5)=-3، B u (6) = B u (-6) = 2 , B u (7)= B u (-7)=-1, B u (8)= B u (-8)=0.

برنج. 2.7. ACF تابع والش از مرتبه هفتم.

2.3 انواع سیگنال های پیچیده

سیگنال یک فرآیند فیزیکی است که می تواند اطلاعات مفیدی را حمل کند و در طول یک خط ارتباطی منتشر شود. در زیر سیگنال s(t) منظور ما تابع زمان است که منعکس کننده فرآیند فیزیکی است که مدت زمان T محدودی دارد.

سیگنال هایی که پایه B که برابر با حاصل ضرب طول سیگنال T و عرض طیف آن است، نزدیک به وحدت باشد، «ساده» یا «معمولی» نامیده می شوند. این سیگنال ها را می توان با فرکانس، زمان (تاخیر) و فاز تشخیص داد.

سیگنال های پیچیده، چند بعدی و نویز مانند بر اساس یک قانون پیچیده شکل می گیرند. در طول مدت سیگنال T، تحت دستکاری (یا مدولاسیون) اضافی در فرکانس یا فاز قرار می گیرد. مدولاسیون دامنه اضافی به ندرت استفاده می شود. به دلیل مدولاسیون اضافی، طیف سیگنال Δf (با حفظ مدت زمان T) گسترش می یابد. بنابراین، برای چنین سیگنالی B=T Δf>>1.

تحت قوانین خاص تشکیل یک سیگنال پیچیده، طیف آن پیوسته و عملاً یکنواخت است، یعنی. نزدیک به طیف نویز محدود با پهنای باند. در این مورد، تابع خودهمبستگی سیگنال دارای یک سنبله اصلی است که عرض آن نه با طول مدت سیگنال، بلکه با عرض طیف آن تعیین می شود، یعنی. شکلی شبیه به تابع خودهمبستگی نویز باند محدود دارد. در این راستا، به چنین سیگنال های پیچیده ای شبه نویز می گویند.

سیگنال های نویز مانند در سیستم های ارتباطی باند پهن استفاده شده است، زیرا: آنها ایمنی بالای نویز سیستم های ارتباطی را ایجاد می کنند. امکان سازماندهی عملیات همزمان بسیاری از مشترکین در یک باند فرکانسی مشترک. به شما امکان می دهد با جداسازی پرتوها با انتشار چند مسیری امواج رادیویی مقابله کنید. فراهم کند بهترین استفادهطیف در یک منطقه محدود در مقایسه با سیستم های ارتباطی باند باریک.

شناخته شده عدد بزرگسیگنال های مختلف نویز مانند (NLS). با این حال، NPS های اصلی زیر متمایز می شوند: سیگنال های مدوله شده با فرکانس. بسیاری از سیگنال های فرکانس; سیگنال های کلیدی تغییر فاز؛ سیگنال های فرکانس گسسته؛ سیگنال های فرکانس مرکب گسسته

سیگنال‌های مدوله‌شده فرکانس (FM) سیگنال‌های پیوسته‌ای هستند که فرکانس آن‌ها بر اساس قانون معین تغییر می‌کند (شکل 2.8).

برنج. 2.8. سیگنال FM.

در سیستم های ارتباطی وجود سیگنال های زیادی ضروری است. در این حالت، نیاز به تغییر سریع سیگنال ها و سوئیچینگ تجهیزات تشکیل و پردازش منجر به این واقعیت می شود که قانون تغییر فرکانس گسسته می شود. در این حالت سیگنال های FM به سیگنال های HF منتقل می شوند.

سیگنال های چند فرکانس (MF) مجموع هارمونیک های N u 1 (t) ... u N (t) هستند که دامنه ها و فازهای آن مطابق با قوانین تشکیل سیگنال تعیین می شوند (شکل 2.9.).

برنج. 2.9. سیگنال MF

سیگنال های MF پیوسته هستند و تطبیق روش های فناوری دیجیتال برای شکل گیری و پردازش آنها دشوار است.

سیگنال‌های کلیددار تغییر فاز (PM) دنباله‌ای از پالس‌های رادیویی هستند که فازهای آن بر اساس قانون معین تغییر می‌کنند (شکل 2.10.، a). معمولاً فاز دو مقدار (0 یا π) می گیرد. در این مورد، سیگنال RF FM با سیگنال ویدئویی FM مطابقت دارد (شکل 2.10.، b).

برنج. 2.10. سیگنال FM.

سیگنال های FM بسیار رایج هستند، زیرا. آنها اجازه استفاده گسترده را می دهند روش های دیجیتالدر طول شکل گیری و پردازش، و امکان تحقق چنین سیگنال هایی با پایه های نسبتا بزرگ وجود دارد.

سیگنال‌های فرکانس گسسته (DF) دنباله‌ای از پالس‌های رادیویی را نشان می‌دهند (شکل 2.11.)، که فرکانس‌های حامل آن‌ها طبق قانون معین تغییر می‌کنند.

برنج. 2.11. سیگنال DC.

سیگنال‌های فرکانس مرکب گسسته (DSF) سیگنال‌های DC هستند که در آنها هر پالس با یک سیگنال نویز مانند جایگزین می‌شود.

روی انجیر 2.12. یک سیگنال FM با فرکانس ویدئویی نشان داده می شود که بخش های جداگانه آن در فرکانس های حامل مختلف ارسال می شود.

برنج. 2.12. سیگنال DCH

2.4 سیستم های سیگنال مشتق شده

سیگنال مشتق سیگنالی است که از ضرب دو سیگنال حاصل می شود. در مورد سیگنال های PM، ضرب باید عنصر به عنصر یا همانطور که معمولاً نامیده می شود نماد به نماد انجام شود. سیستمی که از سیگنال های مشتق تشکیل شده باشد، مشتق نامیده می شود. در بین سیستم های مشتق، سیستم های ساخته شده به شرح زیر از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند. به عنوان اساس، برخی از سیستم سیگنال ها استفاده می شود که خواص همبستگی آن به طور کامل الزامات CF را برآورده نمی کند، اما دارای مزایای خاصی از نظر سهولت تشکیل و پردازش است. چنین سیستمی اصل نامیده می شود. سپس سیگنالی انتخاب می شود که ویژگی های خاصی دارد. چنین سیگنالی تولید کننده نامیده می شود. با ضرب سیگنال تولید کننده در هر سیگنال سیستم اصلی، یک سیستم مشتق به دست می آوریم. سیگنال تولید کننده باید طوری انتخاب شود که سیستم مشتق شده واقعاً بهتر از سیستم اصلی باشد، یعنی. برای داشتن خواص همبستگی خوب پوشش مختلط سیگنال مشتق S μ m (t) برابر است با حاصلضرب پوشش های مختلط سیگنال های اصلی U m (t) و سیگنال مولد V μ (t)، یعنی. S μ m (t) = U m (t) V μ (t). اگر شاخص ها در m=1..M، μ=1..H تغییر کنند، حجم سیستم سیگنال مشتق L=MH است.

انتخاب سیگنال های تولید کننده توسط تعدادی از عوامل از جمله سیستم اصلی تعیین می شود. اگر سیگنال های اصلی سیستم پهن باند باشند، سیگنال تولید کننده ممکن است پهن باند باشد و سطوح کوچکی از قله های جانبی تابع عدم قطعیت نزدیک به مقدار rms داشته باشد. اگر سیگنال های سیستم اصلی باند باریک باشند، برای برآوردن نابرابری F V >>F U (F V عرض طیف سیگنال های تولید کننده، F U عرض طیف سیگنال های اصلی است) و نیاز کافی است. که قله های جانبی ACF کوچک باشد.

اجازه دهید سیستم والش را به عنوان سیستم اولیه در نظر بگیریم. در این حالت، سیگنال های تولید کننده باید پهن باند و دارای ACF خوب باشند. علاوه بر این، سیگنال مولد باید همان تعداد عنصر سیگنال های اصلی را داشته باشد، یعنی. N=2 k عنصر که k یک عدد صحیح است. این شرایط به طور کلی توسط توالی های غیر خطی برآورده می شود. از آنجایی که نیاز اصلی کوچک بودن پیک های جانبی ACF است، بهترین سیگنال ها با تعداد عناصر N = 16، 32، 64 در کلاس توالی های غیرخطی انتخاب شدند که این سیگنال ها در شکل نشان داده شده اند. 2.13. روی انجیر 2.13. مقادیر تعداد بلوک μ برای هر سیگنال تولید کننده نیز نشان داده شده است. آنها به مقدار بهینه μ 0 =(N+1)/2 نزدیک هستند. این یک شرط ضروری برای به دست آوردن یک ACF خوب با قله های جانبی کوچک است.

برنج. 2.13. تولید سیگنال های FM

حجم سیستم مشتق با حجم سیستم والش N برابر است. سیستم های مشتق دارای خواص همبستگی بهتری نسبت به سیستم های والش هستند.

3. مدولاسیون سیگنال های پیچیده

3.1 نمایش هندسی سیگنال ها

یک نمایش هندسی یا برداری از سیگنال ها را در نظر بگیرید. ما یک فضای متعامد N بعدی را به عنوان فضایی تعریف می کنیم که توسط مجموعه ای از N توابع مستقل خطی (ψj (t)) که توابع پایه نامیده می شوند، تعریف می شود. هر تابع این فضا را می توان بر حسب ترکیب خطی از توابع پایه بیان کرد که باید شرایط را برآورده کند.

,

که در آن عملگر نماد کرونکر نامیده می شود. برای ثابت های غیر صفر K j این فضا متعامد نامیده می شود. اگر توابع پایه به گونه ای نرمال شوند که تمام Kj = 1 باشد، فضا متعامد نامیده می شود. شرط متعامد اصلی را می توان به صورت زیر فرمول بندی کرد: هر تابع ψj (t) از مجموعه توابع پایه باید مستقل از سایر توابع مجموعه باشد. هر تابع ψj (t) نباید با سایر توابع در طول فرآیند تشخیص تداخل داشته باشد. از نقطه نظر هندسی، همه توابع ψ j (t) متقابلاً عمود هستند.

در فضای سیگنال متعامد، اندازه‌گیری فاصله اقلیدسی مورد استفاده در فرآیند تشخیص به راحتی تعریف می‌شود. اگر امواج حامل سیگنال ها چنین فضایی را تشکیل ندهند، می توان آنها را به ترکیب خطی سیگنال های متعامد تبدیل کرد. می توان نشان داد که یک مجموعه محدود دلخواه از سیگنال ها (s i (t)) (i=1…M)، که در آن هر عنصر مجموعه از نظر فیزیکی قابل تحقق است و مدت زمان T دارد، می تواند به عنوان یک ترکیب خطی از سیگنال های متعامد N بیان شود. ψ 1 (t)، ψ 2 (t)، ...، ψ N (t)، که در آن NM، به طوری که

جایی که

شکل پایه (ψ j (t)) مشخص نشده است. این سیگنال ها برای راحتی انتخاب می شوند و به شکل موج انتقال سیگنال بستگی دارند. مجموعه چنین امواجی (s i (t)) را می توان به عنوان مجموعه ای از بردارها (s i)=(a i 1 , a i 2 , …,a iN ) در نظر گرفت. جهت گیری متقابل بردارهای سیگنال، رابطه بین سیگنال ها (با توجه به فازها یا فرکانس های آنها) را توصیف می کند، و دامنه هر مجموعه بردار (s i) اندازه گیری انرژی سیگنال منتقل شده در طول زمان انتقال نماد است. به طور کلی، پس از انتخاب مجموعه ای از N توابع متعامد، هر یک از سیگنال های ارسالی s i (t) به طور کامل توسط بردار ضرایب آن s i =(a i 1 , a i 2 , …,a iN) i=1…M تعیین می شود.

3.2 روش های کلیدسازی تغییر فاز (PM2، PM4، RPM)

Phase Shift Keying (PSK) در اوایل توسعه برنامه اکتشاف اعماق فضا توسعه یافت. اکنون طرح PSK به طور گسترده در سیستم های ارتباطات تجاری و نظامی استفاده می شود. سیگنال در مدولاسیون PSK به شکل زیر است:

در اینجا، فاز φ i (t) می تواند مقادیر گسسته M را بگیرد که معمولاً به صورت زیر تعریف می شوند:

توسط بیشترین مثال سادهکلیدسازی تغییر فاز یک کلید شیفت فاز باینری (PM2) است. پارامتر E انرژی نماد است، T زمان انتقال نماد است. عملکرد مدار مدولاسیون این است که فاز سیگنال مدوله شده s i (t) را با یکی از دو مقدار صفر یا π (180 0) تغییر می دهد. یک نمای معمولی از سیگنال PM2 در شکل نشان داده شده است. 3.1.a)، که در آن تغییرات فاز شدید مشخصه به وضوح در طول انتقال بین نمادها قابل مشاهده است. اگر جریان داده مدوله شده از صفر و یک متناوب تشکیل شده باشد، چنین تغییرات ناگهانی در هر انتقال رخ خواهد داد. سیگنال مدوله شده را می توان به صورت یک بردار روی یک نمودار در مختصات قطبی نشان داد. طول بردار مربوط به دامنه سیگنال است و جهت گیری آن در حالت کلی M-ary با فاز سیگنال نسبت به سایر سیگنال های M - 1 مجموعه مطابقت دارد. هنگام تعدیل FM2 (شکل 3.1.b)) نمایش بردار دو بردار آنتی فاز (180 0) را نشان می دهد. مجموعه سیگنال هایی که می توانند توسط چنین بردارهای خارج از فاز نمایش داده شوند، آنتی پاد نامیده می شوند.

برنج. 3.1. کلید زنی تغییر فاز باینری

نمونه دیگری از کلید زدن تغییر فاز، مدولاسیون PM4 (M=4) است. با مدولاسیون PM4، پارامتر E انرژی دو نماد است، زمان T زمان انتقال دو نماد است. فاز سیگنال مدوله شده یکی از چهار مقدار ممکن را می گیرد: 0، π/2، π، 3π/2. در نمایش برداری، سیگنال FM4 به شکلی است که در شکل نشان داده شده است. 3.2.

برنج. 3.2. سیگنال FM4 در نمایش برداری.

بیایید نوع دیگری از کلیدهای تغییر فاز را در نظر بگیریم - کلیدسازی تغییر فاز نسبی (RPK) یا کلیدسازی تغییر فاز دیفرانسیل (DPSK). نام کلیدسازی تغییر فاز دیفرانسیل نیاز به توضیحی دارد، زیرا دو جنبه متفاوت از فرآیند مدولاسیون/دمودولاسیون با کلمه "دیفرانسیل" مرتبط است: رویه رمزگذاری و روش تشخیص. اصطلاح "رمزگذاری دیفرانسیل" زمانی استفاده می شود که رمزگذاری کاراکترهای باینری نه با مقدار آنها (یعنی صفر یا یک)، بلکه بر اساس یکسان بودن یا متفاوت بودن کاراکتر با کاراکتر قبلی تعیین می شود. اصطلاح "تشخیص منسجم دیفرانسیل" سیگنال ها در مدولاسیون PSK دیفرانسیل (به این معنی است که معمولاً از نام DPSK استفاده می شود) با یک طرح تشخیص همراه است که اغلب به عنوان طرح های غیر منسجم شناخته می شود ، زیرا نیازی به آن ندارد. تطبیق فاز با حامل دریافتی

در سیستم های غیر منسجم، هیچ تلاشی برای تعیین مقدار واقعی فاز سیگنال ورودی صورت نمی گیرد. بنابراین، اگر سیگنال ارسالی به شکل باشد

سیگنال دریافتی را می توان به صورت زیر توصیف کرد.

در اینجا α یک ثابت دلخواه است که معمولاً فرض می شود یک متغیر تصادفی است که به طور یکنواخت بین صفر و 2π توزیع شده است و n(t) نویز است.

برای تشخیص منسجم، از فیلترهای همسان استفاده می شود. برای تشخیص نامنسجم، این غیرممکن است، زیرا در این مورد خروجی فیلتر همسان به زاویه ناشناخته α بستگی دارد. اما اگر فرض کنیم که α با توجه به فاصله زمانی دو دوره (2T) به کندی تغییر می کند، آنگاه اختلاف فاز بین دو سیگنال متوالی به α بستگی نخواهد داشت.

اساس تشخیص سیگنال همدوس دیفرانسیل در مدولاسیون DPSK به شرح زیر است. فرآیند دمودولاسیون ممکن است از فاز حامل بازه نماد قبلی به عنوان مرجع فاز استفاده کند. استفاده از آن مستلزم کدگذاری تفاضلی دنباله پیام در فرستنده است، زیرا اطلاعات توسط اختلاف فاز بین دو پالس متوالی کدگذاری می شود. برای انتقال پیام iام (i=1,2,…,M)، فاز سیگنال فعلی باید با رادیان φ i = 2πi/M نسبت به فاز سیگنال قبلی جابجا شود. به طور کلی، آشکارساز مختصات یک سیگنال ورودی را با تعیین همبستگی آن با سیگنال‌های تولید شده محلی cosω 0 t و sinω 0 t محاسبه می‌کند. سپس همانطور که در شکل نشان داده شده است. 3.3. آشکارساز زاویه بین بردار سیگنال دریافتی فعلی و بردار سیگنال قبلی را اندازه گیری می کند.

برنج. 3.3. فضای سیگنال برای طرح DPSK.

طرح DPSK کارایی کمتری نسبت به PSK دارد زیرا در حالت اول، به دلیل همبستگی بین سیگنال‌ها، خطاها تمایل به انتشار (به زمان نمادهای مجاور) دارند. شایان ذکر است که طرح های PSK و DPSK از این جهت متفاوت هستند که در حالت اول سیگنال دریافتی با سیگنال مرجع ایده آل مقایسه می شود و در مورد دوم دو سیگنال نویزدار مقایسه می شود. توجه داشته باشید که مدولاسیون DPSK دو برابر بیشتر از مدولاسیون PSK نویز تولید می کند. بنابراین، هنگام استفاده از DPSK، باید دو برابر احتمال خطا نسبت به PSK انتظار داشته باشید. مزیت طرح DPSK پیچیدگی کمتر سیستم است.

3.3 مدولاسیون با حداقل تغییر فرکانس.

یکی از طرح‌های مدولاسیون غیرپیوسته، کلید زدن حداقل تغییر فرکانس (MSK) است. MSK را می توان به عنوان یک مورد خاص از کلید زدن تغییر فرکانس بدون ناپیوستگی فاز در نظر گرفت. سیگنال MSK را می توان به صورت زیر نشان داد.

در اینجا، f 0 فرکانس حامل است، dk =±1 نشان دهنده داده های دوقطبی است که با نرخ R=1/T ارسال می شود، و x k ثابت فاز برای بازه بیت kth است. توجه داشته باشید که وقتی d k = 1 فرکانس ارسالی f 0 + 1/4T است و زمانی که dk =-1 f 0 -1/4T است. در طول هر بازه انتقال داده T-ثانیه، مقدار x k ثابت است، یعنی. x k = 0 یا π، که توسط الزام تداوم فاز سیگنال در زمان‌های t=kT دیکته می‌شود. این الزام محدودیتی را بر فاز تحمیل می کند که می تواند با رابطه بازگشتی زیر برای x k نمایش داده شود.

معادله s(t) را می توان در نمایش مربعی بازنویسی کرد.

جزء درون فازی به صورت ak cos(πt/2T)cos2πf 0 t نشان داده می شود، که در آن cos2πf 0 t حامل است، cos(πt/2T) وزن نماد سینوسی و k عبارت وابسته به داده است. به طور مشابه، مولفه ربع bk sin(πt/2T)sin2πf 0t است، که در آن sin2πf 0 t عبارت ربع حامل است، sin(πt/2T) همان وزن نماد سینوسی است، و bk عبارت وابسته به اطلاعات است. ممکن است به نظر برسد که مقادیر a k و b k می توانند مقدار خود را در هر T ثانیه تغییر دهند. با این حال، به دلیل نیاز به پیوستگی فاز، مقدار a k تنها زمانی می تواند تغییر کند که تابع cos(πt/2T) از صفر عبور کند و bk فقط زمانی که sin(πt/2T) از صفر عبور کند. بنابراین وزن نماد در یک کانال درون فاز یا مربع یک پالس سینوسی با دوره 2T و علامت متغیر است. اجزای درون فاز و چهارتایی نسبت به یکدیگر با T ثانیه جابجا می شوند.

عبارت s(t) را می توان به شکل دیگری بازنویسی کرد.

در اینجا d I (t) و d Q (t) همان معنای جریان داده های درون فازی و مربعی را دارند. یک طرح MSK که به این شکل نوشته شده است، گاهی اوقات به عنوان یک MSK از پیش کدگذاری شده نامیده می شود. نمایش گرافیکی s(t) در شکل. 3.4. روی انجیر 3.4. الف) و ج) وزن سینوسی پالس های کانال داخل فاز و مربع را نشان می دهد، در اینجا ضرب در یک سینوسی بیشتر می شود. انتقال های صاففاز نسبت به نمایش داده های اصلی. روی انجیر 3.4. ب) و د) مدولاسیون اجزای متعامد cos2πf 0 t و sin2πf 0 t را توسط جریان های داده سینوسی نشان می دهد. روی انجیر 3.4. ه) جمع مولفه های متعامد نشان داده شده در شکل. 3.4. ب) و د). از عبارت s(t) و شکل 3.4. می توان نتیجه گرفت: 1) سیگنال s(t) دارای یک پوشش ثابت است. 2) فاز حامل RF در انتقال بیت پیوسته است. 3) سیگنال s(t) را می توان به عنوان یک سیگنال مدوله شده FSK با فرکانس های انتقال f 0 +1/4T و f 0 -1/4T در نظر گرفت. بنابراین، حداقل فاصله تن مورد نیاز برای مدولاسیون MSK را می توان به صورت زیر نوشت:

که برابر با نصف نرخ بیت است. توجه داشته باشید که فاصله تون مورد نیاز برای MSK نصف (1/T) فاصله مورد نیاز برای تشخیص نامنسجم سیگنال های مدوله شده FSK است. این به این دلیل است که فاز حامل شناخته شده و پیوسته است که امکان دمودولاسیون منسجم سیگنال را فراهم می کند.

برنج. 3.4. کلیدهای تغییر حداقل: الف) جریان بیت در فاز اصلاح شده. ب) حاصل ضرب جریان بیت داخل فاز و حامل. ج) جریان بیت چهارگانه اصلاح شده. د) حاصل ضرب جریان بیت مربعی و حامل. ه) سیگنال MSK.

3.4 مدولاسیون ربع و ویژگی های آن ( س PSK , QAM )

کلید شیفت فاز مربعی (QPSK) را در نظر بگیرید. جریان داده اولیه d k (t) = d 0 , d 1 , d 2 ,… از پالس های دوقطبی تشکیل شده است. d k مقادیر +1 یا -1 را در نظر بگیرید (شکل 3.5.a))، که یک باینری و یک صفر باینری را نشان می دهد. این جریان پالس همانطور که در شکل نشان داده شده است به جریان درون فازی d I (t) و مربعی - d Q (t) تقسیم می شود. 3.5.b).

d I (t)=d 0 , d 2 , d 4 ,… (بیت های زوج)

d Q (t)=d 1 , d 3 , d 5 ,… (بیت های فرد)

اجرای متعامد مناسب سیگنال QPSK را می توان با استفاده از مدولاسیون دامنه جریان های درون فازی و مربعی روی توابع سینوسی و کسینوس حامل به دست آورد.

با استفاده از هویت های مثلثاتی، s(t) را می توان به صورت زیر نشان داد: s(t)=cos(2πf 0 t+θ(t)). مدولاتور QPSK نشان داده شده در شکل. 3.5.c)، از مجموع عبارت های سینوسی و کسینوس استفاده می کند. جریان پالس d I (t) برای مدولاسیون دامنه (با دامنه 1+ یا -1) کسینوس استفاده می شود. این معادل جابجایی فاز موج کسینوس با 0 یا π است. بنابراین، نتیجه یک سیگنال BPSK است. به طور مشابه، جریان پالس d Q (t) یک سینوسی را تعدیل می کند، که سیگنال BPSK متعامد به سیگنال قبلی می دهد. وقتی این دو جزء حامل متعامد جمع شوند، یک سیگنال QPSK به دست می آید. مقدار θ(t) با یکی از چهار ترکیب ممکن d I (t) و d Q (t) در عبارت s(t) مطابقت دارد: θ(t) = 0 0، ± 90 0 یا 180 0 ; بردارهای سیگنال حاصل در فضای سیگنال در شکل نشان داده شده است. 3.6. از آنجایی که cos(2πf 0 t) و sin (2πf 0 t) متعامد هستند، دو سیگنال BPSK را می توان به طور جداگانه تشخیص داد. QPSK چندین مزیت نسبت به BPSK دارد: با مدولاسیون QPSK، یک پالس دو بیت را ارسال می کند، سپس سرعت داده دو برابر می شود، یا با همان نرخ داده در طرح BPSK، نیمی از پهنای باند استفاده می شود. و همچنین افزایش ایمنی نویز، tk. پالس ها دو برابر طولانی تر و در نتیجه قوی تر از پالس های BPSK هستند.

برنج. 3.5. مدولاسیون QPSK

برنج. 3.6. فضای سیگنال برای طرح QPSK.

مدولاسیون دامنه مربعی (KAM، QAM) را می توان یک توسعه منطقی QPSK در نظر گرفت، زیرا سیگنال QAM همچنین از دو حامل مدوله شده دامنه مستقل تشکیل شده است.

با مدولاسیون دامنه مربعی، هم فاز و هم دامنه سیگنال تغییر می کند، که باعث می شود تعداد بیت های کدگذاری شده افزایش یابد و در عین حال ایمنی نویز را به میزان قابل توجهی افزایش دهد. نمایش مربعی سیگنال ها وسیله ای مناسب و نسبتاً جهانی برای توصیف آنها است. نمایش مربعی شامل بیان نوسان به عنوان یک ترکیب خطی از دو جزء متعامد - سینوسی و کسینوس (در فاز و مربع):

s(t)=A(t)cos(ωt + φ(t))=x(t)sinωt + y(t)cosωt، جایی که

x(t)=A(t)(-sinφ(t))، y(t)=A(t)cosφ(t)

چنین مدولاسیون گسسته (کلیدگذاری) در دو کانال انجام می شود، در حامل هایی که 90 0 نسبت به یکدیگر جابجا شده اند، یعنی. به صورت مربع (از این رو نام).

اجازه دهید عملکرد مدار مربعات را با استفاده از مثال تشکیل سیگنال های FM چهار فاز (FM-4) توضیح دهیم (شکل 3.7).

برنج. 3.7. طرح مدولاتور ربع.

برنج. 3.8. فضای سیگنال هگزادسیمال (QAM-16).

دنباله اولیه نمادهای باینری مدت زمان T توسط رجیستر شیفت به پالس های فرد y تقسیم می شود که به کانال مربعی (cosωt) و پالس های زوج x وارد کانال درون فازی (sinωt) می شوند. هر دو دنباله پالس به ورودی های شکل دهنده های مربوطه پالس های دستکاری شده تغذیه می شوند که در خروجی های آنها دنباله هایی از پالس های دوقطبی x(t) و y(t) با دامنه ±U m و مدت زمان 2T تشکیل می شوند. پالس های x(t) و y(t) به ورودی های ضرب کننده های کانال می رسند که در خروجی های آن نوسانات FM دو فازی (0، π) تشکیل می شود. پس از جمع، سیگنال FM-4 را تشکیل می دهند.

روی انجیر 3.8. فضای سیگنال دوبعدی و مجموعه‌ای از بردارهای سیگنال مدوله‌شده با QAM هگزا دسیمال که توسط نقاطی که در یک آرایه مستطیلی مرتب شده‌اند نشان داده شده‌اند.

از انجیر 3.8. مشاهده می شود که فاصله بین بردارهای سیگنال در فضای سیگنال با QAM بیشتر از QPSK است، بنابراین QAM در مقایسه با QPSK در برابر نویز ایمن تر است.

3.5 پیاده سازی مودم های مربعی

مودم برای انتقال / دریافت اطلاعات از طریق سیم های تلفن معمولی طراحی شده است. از این نظر، مودم به عنوان رابط بین کامپیوتر و شبکه تلفن عمل می کند. وظیفه اصلی آن تبدیل اطلاعات ارسال شده به فرم قابل قبول برای انتقال از طریق کانال های تلفن و تبدیل اطلاعات دریافتی به فرم قابل قبول برای رایانه است. همانطور که می دانید کامپیوتر قادر به پردازش و انتقال اطلاعات به داخل است کد باینری، یعنی به صورت دنباله ای از صفر و یک های منطقی که بیت نامیده می شود. یک منطقی یک را می توان یک سطح ولتاژ بالا و یک منطقی صفر را می توان یک سطح ولتاژ پایین نسبت داد. هنگام انتقال اطلاعات از طریق سیم های تلفن، لازم است که ویژگی های سیگنال های الکتریکی ارسالی (قدرت، ترکیب طیفی و غیره) الزامات تجهیزات دریافت کننده مبادله را برآورده کند. یکی از الزامات اصلی این است که طیف سیگنال در محدوده 300 تا 3400 هرتز قرار داشته باشد، یعنی عرض آن بیش از 3100 هرتز نباشد. برای ارضای این و بسیاری از الزامات دیگر، داده ها تحت کدگذاری مناسب قرار می گیرند که در واقع توسط مودم مدیریت می شود. چندین راه برای رمزگذاری ممکن وجود دارد که در آن داده ها می توانند از طریق کانال های سوئیچ شده مشترک منتقل شوند. این روش ها هم از نظر سرعت انتقال و هم از نظر ایمنی نویز با یکدیگر متفاوت هستند. در عین حال، صرف نظر از روش رمزگذاری، داده ها از طریق کانال های مشترک تنها به صورت آنالوگ منتقل می شوند. این بدان معنی است که یک سیگنال حامل سینوسی برای انتقال اطلاعات استفاده می شود که تحت مدولاسیون آنالوگ قرار می گیرد. استفاده از مدولاسیون آنالوگ منجر به ایجاد طیف بسیار کوچکتر با نرخ بیت ثابت می شود. مدولاسیون آنالوگ یک روش کدگذاری فیزیکی است که در آن اطلاعات با تغییر دامنه، فرکانس و فاز یک سیگنال حامل سینوسی کدگذاری می شود. چندین روش اساسی برای مدولاسیون آنالوگ وجود دارد: دامنه، فرکانس و فاز نسبی. مودم ها از روش های مدولاسیون ذکر شده استفاده می کنند، اما نه جداگانه، بلکه همه با هم. مثلا، مدولاسیون دامنه را می توان در ارتباط با مدولاسیون فاز (مدولاسیون دامنه-فاز) استفاده کرد. مشکل اصلی که هنگام انتقال اطلاعات از طریق کانال های مشترک ایجاد می شود افزایش سرعت است. سرعت توسط پهنای باند طیفی کانال ارتباطی محدود می شود. با این حال، راهی برای افزایش قابل توجه سرعت انتقال اطلاعات بدون افزایش عرض طیف سیگنال وجود دارد. ایده اصلی این روش استفاده از کدگذاری چند موقعیتی است. توالی بیت های داده به گروه هایی (نمادها) تقسیم می شوند که هر کدام با حالتی مجزا از سیگنال همراه است. به عنوان مثال، با استفاده از 16 حالت سیگنال مختلف (که می توانند با یکدیگر تفاوت داشته باشند، هم در دامنه و هم در فاز)، می توان تمام ترکیبات ممکن را برای دنباله های 4 بیتی رمزگذاری کرد. بر این اساس، 32 حالت گسسته، یک گروه پنج بیتی را در یک حالت رمزگذاری خواهند کرد. در عمل، برای افزایش سرعت انتقال اطلاعات، عمدتاً از مدولاسیون دامنه-فاز چند موقعیتی با چندین مقدار ممکن از سطوح دامنه و تغییر فاز سیگنال استفاده می‌شود. این نوع مدولاسیون مدولاسیون دامنه مربعی (QAM) نامیده می شود. در مورد QAM، حالات سیگنال به راحتی در صفحه سیگنال به تصویر کشیده می شوند. هر نقطه از صفحه سیگنال دارای دو مختصات است: دامنه و فاز سیگنال و ترکیبی رمزگذاری شده از یک دنباله بیت است. برای بهبود مصونیت نویز مدولاسیون دامنه مربعی، می توان از مدولاسیون موسوم به Trellis (Trellis Code Modulation، TCM) یا به عبارت دیگر کدگذاری trellis استفاده کرد. با مدولاسیون trellis، یک بیت پرده اضافی به هر گروه از بیت های ارسال شده در یک حالت سیگنال گسسته اضافه می شود. به عنوان مثال، اگر بیت های اطلاعات به گروه های 4 بیتی تقسیم شوند (در مجموع 16 ترکیب مختلف ممکن است)، سپس 16 نقطه سیگنال در صفحه سیگنال قرار می گیرد. با افزودن بیت پنجم، 32 ترکیب ممکن ایجاد می شود، یعنی تعداد نقاط سیگنال دو برابر می شود. با این حال، همه ترکیبات بیت ها مجاز نیستند، یعنی منطقی هستند. این ایده کدگذاری تریلی است. مقدار بیت پرده اضافه شده توسط یک الگوریتم خاص تعیین می شود. بیت پرده اضافه شده توسط یک رمزگذار مخصوص محاسبه می شود. در مودم گیرنده، رمزگشای ویژه ای به نام رسیور Viterbi برای تجزیه و تحلیل توالی بیت های ورودی طراحی شده است. اگر دنباله های دریافتی قانونی باشند، انتقال بدون خطا در نظر گرفته می شود و بیت پرده به سادگی حذف می شود. اگر در بین توالی های دریافتی توالی های ممنوعه وجود داشته باشد، پس با استفاده از یک الگوریتم خاص، رمزگشا Viterbi مناسب ترین توالی مجاز را پیدا می کند و در نتیجه خطاهای ارسال را تصحیح می کند. بنابراین، منظور از برنامه‌نویسی تریلی افزایش مصونیت صوتی انتقال به قیمت یک افزونگی نسبتاً کوچک است. استفاده از برنامه نویسی پرده ای این امکان را فراهم می کند که به طور عمده از درهم تنیدگی دقیقاً از نقاط مجاور در فضای سیگنال محافظت شود که فقط در معرض خطر "درهم" شدن تحت تأثیر تداخل هستند.

4. ویژگی های دریافت سیگنال در سیستم های مخابراتی

4.1 احتمال خطای تبعیض م سیگنال های شناخته شده

تشخیص سیگنال در الکترونیک رادیویی به عنوان تجزیه و تحلیل نوسان دریافتی y(t) درک می شود که به تصمیم گیری در مورد وجود یا عدم وجود برخی از اجزای مفید در آن منجر می شود که سیگنال نامیده می شود. تمایز سیگنال های M به عنوان تجزیه و تحلیل نوسانات دریافتی y(t) تعریف می شود، که با تصمیم گیری در مورد اینکه کدام یک از سیگنال های M متعلق به مجموعه از پیش تعیین شده S (s 0 (t)، s 1 (t)، .. است، به پایان می رسد. .، s M -1 (t)) در y(t) وجود دارد. تشخیص سیگنال یک مورد خاص برای تشخیص دو سیگنال است که یکی از آنها در کل بازه مشاهده برابر با صفر است.

فرض کنید نوسان مشاهده شده y(t) تحقق یک فرآیند تصادفی باشد که دارای توزیع W y است، یعنی. چگالی احتمال n بعدی (PW) W(y) [یا PW تابعی W(y(t))] متعلق به یکی از کلاس‌های غیرهمپوشانی M W i (W i ∩ W k =Ø، i≠k، i، k= 0، 1، …، M-1). لازم است پس از مشاهده اجرای y(t) تصمیم بگیرید که کدام یک از کلاس ها متعلق به W y است. فرضیه W y W i فرضیه H i: W y W i نامیده می شود. تصمیماتی که نتیجه آزمون فرضیه ها هستند با علامت نشان داده می شوند که i(0, 1, …, M-1) تعداد فرضیه ای است که صحت آن با تصمیم اعلام می شود. نوسان تحلیل شده y(t) نتیجه برهمکنش سیگنال s i (t) موجود در آن با یک فرآیند تصادفی تداخلی (تداخل، نویز) x(t): y(t)=F است. کدام یک از سیگنال های ممکن M در y(t) وجود دارد، PV مجموعه ای را که y(t) به آن تعلق دارد، تعیین می کند، به طوری که هر s i (t) مطابق با برخی از کلاس W i از توزیع های مجموعه است که با y(t نشان داده شده است. ). بنابراین، فرضیه‌های H i به عنوان مفروضاتی در مورد وجود سیگنال i-ام (و فقط i-امین) در y (t) تلقی می‌شوند. در این مورد، راه حل هایی که یکی از آنها نتیجه رویه تشخیص است، عباراتی هستند که نوسان دریافتی دقیقاً حاوی سیگنال i-ام است. فرضیه های H i با کلاس های W i مطابقت دارد. اگر کلاس W i دارای یک و تنها یک توزیع باشد، فرضیه H i ساده نامیده می شود. هر فرضیه دیگری پیچیده نامیده می شود. فرضیه های مختلط M را پارامتری می نامند اگر کلاس های مربوط به آنها فقط در مقادیر تعداد محدودی از پارامترهای توزیع یکسان توصیف شده توسط یک قانون شناخته شده با یکدیگر متفاوت باشند. در غیر این صورت فرضیه ها پارامتریک نامیده می شوند.

تمایز سیگنال های غیر صفر قطعی M با همان انرژی را در نظر بگیرید. در این صورت، قاعده حداکثر احتمال (ML) به عنوان مبنا در نظر گرفته می شود

بهینه در حالتی که معیار کیفیت مجموع احتمالات خطای شرطی یا احتمال خطای کل با احتمالات پسینی برابر همه سیگنال‌ها p i = 1/M باشد.

برای یک M دلخواه، یک تمایزکننده که به قانون MP پایبند است، سیگنال موجود در y(t) را کمترین فاصله از y(t) به معنای فاصله اقلیدسی در نظر می گیرد. یا، که معادل برای انرژی های سیگنال یکسان است، که حداکثر همبستگی را با y(t) دارد. . اگر سیگنال های s 0 (t)، s 1 (t)، ...، s M -1 (t) را به عنوان بسته ای از بردارهای واقع در فضای M-بعدی در نظر بگیریم، بنابراین به منظور کاهش احتمال گیج شدن سیگنال i با k -th، لازم است بردارهای i و k-ام را تا حد امکان "گسترش" کنیم. بنابراین، انتخاب بهینه سیگنال‌های قطعی M به یافتن چنین پیکربندی از دسته M از بردارها کاهش می‌یابد، که در آن حداقل فاصله اقلیدسی بین یک جفت بردار حداکثر خواهد بود: ذهن ik =max (i≠k). از زمانی که انرژی ها برابر باشند، یعنی. طول های برداری

در جایی که ρik ضریب همبستگی سیگنال های i و k-ام است، E انرژی سیگنال است، سپس شرط لازم برای حداکثر حداقل فاصله با شرط حداقل حداکثر ضریب همبستگی در مجموعه سیگنال ها یکسان است. S(s 0 (t)، s 1 (t)، ...، s M -1 (t)). حداکثر حداقل قابل دستیابی حداکثر ضریب همبستگی به راحتی ایجاد می شود. با جمع‌بندی ρ ik روی همه i و k، به دست می‌آییم

که در آن نابرابری از منفی نبودن مربع زیر انتگرال ناشی می شود. علاوه بر این، در مجموع سمت چپ، موارد M برای i=k برابر با یک است و M(M-1) باقیمانده بیشتر از ρmax =max ρik (i≠k) نیست. بنابراین M+M(M-1)ρ max ≥0 و ρ max ≥-1/(M-1).

پیکربندی بردارهای M که در آن کسینوس زاویه بین هر جفت بردار -1/(M-1) باشد، سیمپلکس منظم نامیده می‌شود. اگر این بردارها به عنوان سیگنال M در نظر گرفته شوند، مجموعه قطعی حاصل، با احتمال همسانی همه s i (t)، حداقلی از احتمال خطای کل P osh را ارائه می دهد، که مشکل انتخاب بهینه سیگنال های M را حل می کند. هنگامی که M>> 1، نسبت -1/(M-1)≈0 برآورده می شود، و بنابراین، با تعداد زیادی سیگنال قابل تشخیص، مجموعه متعامد عملا به یک سیمپلکس در مقدار P osh از دست نمی دهد.

دنباله اشتقاق عبارت دقیق برای احتمال خطای تمایز سیگنال های M با ρ ik دلخواه به شرح زیر است. چگالی احتمال (PD) سیستمی از متغیرهای تصادفی z 0 , z 1 , …, z M -1 یک قانون نرمال بعد M است که برای تنظیم آن کافی است میانگین همه z i و آنها را بدانیم. ماتریس همبستگی. برای میانگین ها، اگر فرضیه H l درست باشد، داریم. همبستگی یکسان لحظه اولو k امین همبستگی برابر با N 0 Er ik /2 است. پس از پیدا شدن PV بعدی M، انتگرال M برابر آن بر روی مساحت z l ≥z i , i=0, 1, ..., M-1 به شما امکان می دهد تا احتمال یک جواب صحیح را تحت شرایطی بدست آورید که H من درست است. مجموع چنین احتمالاتی، تقسیم بر M (با در نظر گرفتن هم‌احتمال سیگنال‌ها)، احتمال کل تصمیم صحیح P pr خواهد بود که با برابری آشکار P osh \u003d 1-P o با P osh مرتبط است. . بنابراین، برای هر سیگنال همبسته (همفاصله) (ρ ik =ρ، i≠k)

در محاسبات عملی، به دلیل نیاز به ادغام عددی، از این عبارت به ندرت استفاده می شود. تخمین بالای آن مفید است، برای استخراج آن فرض می‌کنیم که فرضیه Hl درست است. در این حالت همیشه زمانی خطا رخ می دهد که حداقل یکی از رویدادهای z i >z l , i≠l درست باشد. احتمال آن P osh l برابر با احتمال ترکیب وقایع z i >z l , i≠l طبق قضیه احتمال جمع،

و با نابرابری بول، حداکثر اولین مجموع سمت راست است. از آنجایی که هر جمله از این مجموع احتمال اشتباه گرفتن دو سیگنال است، پس برای سیگنال های مساوی

در اینجا نسبت سیگنال به نویز در خروجی فیلتر، مطابق با s i (t) تحت فرضیه H i است. - احتمال اشتباه گرفتن دو سیگنال. با سیگنال‌های هم‌احتمال (p i = 1/M) به مرز جمعی احتمال خطای کل می‌رسیم.

استفاده از این عبارت از یک سو با همگرایی مجانبی سمت راست آن و P br به دلیل افزایش الزامات کیفیت تمایز (P br → 0) و از سوی دیگر با انتخاب موارد ضروری توجیه می شود. انرژی سیگنال ( حداقل مقدار q) بر اساس سمت راست عبارت، توسعه دهنده همیشه با یک بیمه اتکایی شناخته شده عمل می کند و اطمینان می دهد که احتمال واقعی خطا کمتر از رقم پذیرفته شده توسط او در محاسبه نگه داشته می شود.

4.2 احتمال خطای تبعیض م سیگنال های نوسانی

ناظر به دور از همیشه از سیگنال های قابل تشخیص با جزئیات آگاه است. بیشتر اوقات، او نه تنها از تعداد سیگنال موجود در اجرای تجزیه و تحلیل شده، بلکه مقادیر هر پارامتر (دامنه، فرکانس، فاز و غیره) هر یک از سیگنال های ممکن M را از قبل نمی داند. در این مورد، خود سیگنال ها دیگر قطعی نیستند، زیرا پارامترهای آنها تنظیم نشده است. مشکل تمایز مربوطه را تشخیص سیگنال با پارامترهای ناشناخته می نامند.

اجازه دهید راه حل این مشکل را با استفاده از مثال تشخیص سیگنال ها با فازهای اولیه تصادفی در نظر بگیریم. چنین سیگنال هایی توسط مدل توصیف شده است

s i (t; φ)=Re(i (t)exp)،

که در آن f 0 فرکانس مرکزی شناخته شده است. φ یک فاز اولیه تصادفی با PV پیشینی W 0 (φ) است. (t) =S(t)e jγ (t) پوشش پیچیده سیگنال s(t) است که تحقق s(t; φ) در φ=0 است: s(t)=s(t; 0)؛ S(t) و γ(t) قوانین شناخته شده مدولاسیون دامنه و زاویه هستند. قبل از اعمال قانون ML باید تابع درستنمایی (عملکردی) W(y(t)|H i) محاسبه شود. میانگین گیری FP W(y(t)|Hi, φ) ساخته شده برای سیگنال های قطعی با فاز ثابت φ در تمام مقادیر ممکن، با در نظر گرفتن SW W 0 (φ) پیشینی. با فاز یکنواخت PV W 0 (φ)=1/(2π)، |φ|≤π، با در نظر گرفتن برابری انرژی های همه سیگنال های قابل تشخیص، W(y(t)|H i) یک صفر اصلاح شده است. دستور تابع بسل:

که در آن c ضریب حاوی عواملی است که به i وابسته نیستند و مدول همبستگی پوشش های پیچیده نوسان دریافتی y(t) و سیگنال i ام است. یکنواختی تابع I 0 ( ) در نیم محور مثبت به ما اجازه می دهد تا به آمار کافی Z i برویم و قانون MT را به شکل بنویسیم.

بنابراین، تمایز دهنده بهینه سیگنال های M با انرژی برابر با فازهای اولیه تصادفی باید تمام مقادیر M Z i را محاسبه کند و اگر حداکثر آنها Zk باشد، در مورد وجود سیگنال k-امین در y تصمیم گیری کند. (t). این بدان معنی است که سیگنال موجود در نوسان مشاهده شده y(t) سیگنالی است که پوشش مختلط آن بالاترین همبستگی مطلق را با پوشش مختلط y(t) دارد.

فرمول‌های دقیق احتمالات خطای تشخیص سیگنال‌های دلخواه M حتی برای M = 2 کاملاً دست و پا گیر هستند، با این حال، در کاربردها، مجموعه‌هایی از سیگنال‌هایی که به معنای پیشرفته متعامد هستند، در کاربردها رایج‌تر هستند. دومی به این معنی است که هر دو سیگنال غیرهمسو s i (t؛ φ i)، s k (t؛ φ k) برای هر مقدار از فازهای اولیه متعامد هستند:

∫s i (t؛ φ i)s k (t؛ φ k)dt=0 برای هر φ i، φ k و i≠k،

یا به طور معادل، پوشش های پیچیده قطعی این سیگنال ها متعامد هستند:

.

شرط متعامد بودن به معنای قوی سخت‌تر از شرط متعامد معمولی است که قبلاً در کاربرد سیگنال‌های قطعی ظاهر شد. بنابراین، دو بخش از منحنی کسینوس که با زاویه ± π/2 جابه‌جا می‌شوند، که به معنای معمول متعامد هستند، وقتی تغییر فاز تغییر می‌کند، متعامد نیستند، یعنی. به معنای تقویت شده در عین حال، سیگنال هایی که از نظر زمان یا طیف با هم همپوشانی ندارند نیز به معنای تقویت شده متعامد هستند.

اگر ابتدا به تمایز بین دو سیگنال بپردازیم، به راحتی می توان فهمید که جفت مخالف، که Posh را در کلاس سیگنال های قطعی به حداقل می رساند، در مسائلی که فازهای اولیه سیگنال ها تصادفی هستند، غیرقابل قبول است. در واقع، تنها ویژگی که توسط آن سیگنال های مخالف متمایز می شوند، علامت است، یعنی. وجود یا عدم وجود عبارت π در فاز اولیه. با این حال، هنگامی که قبل از ورود به تفکیک‌کننده، هر یک از سیگنال‌ها یک تغییر فاز تصادفی به دست می‌آورند، تلاش برای استفاده از فاز اولیه به عنوان یک ویژگی مشخصه سیگنال بی‌معنی است و تمایزکننده باید از مقدار غیر اطلاعاتی φ خلاص شود. بنابراین، می‌توان نتیجه گرفت که در کلاس M≥2 سیگنال‌های با فازهای تصادفی، مجموعه‌های سیمپلکس خواص بهینه ندارند. این مجموعه سیگنال‌هایی هستند که به معنای پیشرفته متعامد هستند که بهینه می‌شوند: هر یک از این سیگنال‌ها باعث ایجاد پاسخ در خروجی تنها یکی از فیلترهای مدار گیرنده و در نتیجه اختلاط i-ام می‌شوند. سیگنال با k-امین فقط در صورتی رخ می دهد که پوشش نویز در خروجی k -امین فیلتر مطابق (SF) مقداری بیش از مقدار پوشش مجموع سیگنال با نویز در خروجی i- داشته باشد. th SF. نقض شرط متعامد به معنای افزایش یافته منجر به واکنش به سیگنال i-ام در خروجی i-ام، بلکه سایر SF ها، به عنوان مثال k-ام، می شود که منجر به افزایش بیش از حد پاکت می شود. خروجی k-امین SF، بزرگتر از مقدار Z i، محتمل تر می شود.

برای پیدا کردن احتمال اشتباه گرفتن p 01 s 0 (t; φ) با s 1 (t; φ) هنگام تشخیص دو سیگنال، لازم است که PV مشترک Z 0 , Z 1 تحت فرضیه H 0 W (Z 0) یکپارچه شود. , Z 1 |H 0) بر روی منطقه Z 1 >Z 0 . برای سیگنال هایی که به معنای تقویت شده متعامد هستند، کمیت های Z 0 و Z 1 مستقل هستند، بنابراین W(Z 0 , Z 1 |H 0)=W(Z 0 |H 0)W(Z 1 |H 0). PV های یک بعدی Z 0 و Z 1 شناخته شده اند: اگر H 0 Z 0 درست باشد، به عنوان پوششی از مجموع سیگنال با نویز، دارای PV Rayleigh تعمیم یافته است. Z 1 به عنوان پاکت فقط نویز یک متغیر تصادفی Rayleigh است. ضرب این PV ها، پس از ادغام PV W(Z 0 , Z 1 |H 0) حاصل و با در نظر گرفتن برابری آشکار p 01 = p 10 برای احتمال خطای کل تمایز دو سیگنال متعامد با احتمال مساوی در حس تقویت شده با تصادفی فازها را بدست می آوریم

تکرار استدلال بند 4.2. (برای سیگنال های قطعی) منجر به یک مرز افزایشی می شود

که، به عنوان یک قاعده، برای تخمین احتمال خطا در صورتی استفاده می‌شود که تعداد سیگنال‌های احتمالی مساوی، متعامد به معنای تقویت‌شده، M≥2 باشد.

4.3 محاسبه خطاهای تبعیض م سیگنال هایی با پارامترهای غیر انرژی ناشناخته

مشکل تمایز سیگنال های متعامد "M" با موقعیت زمانی نامعلوم در سیستم های ارتباطی ناهمزمان با تقسیم کد کانال ها را در نظر بگیرید. تصمیم گیری در مورد وجود سیگنال در کانال با استفاده از روش حداکثر احتمال انجام می شود. اجازه دهید احتمال خطای تشخیص را با در نظر گرفتن انتشار نویز در فاصله تاخیرهای زمانی احتمالی سیگنال ها پیدا کنیم.

بیایید فرض کنیم مشترکین "M" سیستم ارتباطی وجود دارد که هر کدام از سیگنال متفاوتی استفاده می کنند. بیشترین مصونیت نویز در انتقال اطلاعات در چنین شرایطی توسط سیگنال های سیمپلکس ایجاد می شود. هنگامی که M>>1، مصونیت نویز چنین سیستمی از سیگنال ها عملاً با مصونیت نویز سیستم سیگنال های متعامد مطابقت دارد.

در اینجا E kf انرژی سیگنال f k است. شرط متعامد بودن که می توان آن را «متعامد در یک نقطه» نامید، در عمل مستلزم یک سیستم زمانی مشترک برای سازماندهی ارتباطات همزمان است. در سیستم‌های ناهمزمان، سیگنال‌های متعامد به معنای تقویت‌شده استفاده می‌شوند که برای تمام مقادیر τk و τ m

اگر R km (τ k , τ m)<0.25 – 0.3, то можно считать ансамбль сигналов практически удовлетворяющим условию ортогональности.

ما سیستمی از سیگنال های پیچیده (f k (t))، k=1…M، متعامد با یک تغییر دلخواه را در نظر خواهیم گرفت. در بین سیگنال‌های پیچیده، سیگنال‌های کلیددار تغییر فاز (PM) با پوشش پیچیده شکل

که در آن a i کد دنباله است، u 0 (t) شکل پاکت بسته اولیه است، Δ مدت آن است. در مورد یک شکل مستطیلی از پاکت بسته اولیه، تابع همبستگی خودکار (ACF) به شکل زیر است:

در اینجا R 0 (τ)=(1-|τ|/Δ). در مجاورت حداکثر ACF R(τ)= R 0 (τ)=(1-|τ|/Δ). در ورودی گیرنده، پس از عبور از کانال چند مسیره، سیگنال مفید را می توان به صورت نوشتاری نوشت

δ n تاخیر نسبی سیگنال در طول پرتو با عدد n است، τ زمان ناشناخته رسیدن است که در بازه زمانی است. ε n =A n /A 0 دامنه نسبی پرتو "n"-امین است، پارامتر ν به معنای تعداد پرتوهای انتشار اضافی است. تأخیرهای نسبی δ n > Δ، یعنی. پرتوها هنگام پردازش یک سیگنال پیچیده از هم جدا می شوند. وقتی ν=0، سیگنال به شکل s(t)=A 0 f(t-τ 0) است.

الگوریتم پردازش را در نظر بگیرید. گیرنده مخلوطی را دریافت می کند

x(t)=s k (t-τ 0k)+η(t)، (t)،

که در آن s k (t) یکی از سیگنال‌های ممکن است، k=1…M، τ 0 k تأخیر زمانی سیگنال است، η(t) نویز گاوسی سفید با میانگین صفر و چگالی طیفی توان N 0/2 است. لازم است تصمیم گیری شود که کدام یک از سیگنال های ممکن M در ورودی گیرنده وجود دارد. گیرنده ای را بدون جبران چند مسیری در نظر بگیرید. بخش خطی چنین گیرنده ای حاوی کانال های M است که در آنها آمار شکل است

عبارت L k (τ k) را می توان به شکل راحت تری برای تحلیل بازنویسی کرد

در اینجا و در فرمول های زیر، اگر ویژگی های یک کانال مورد مطالعه قرار گیرد، شاخص k برای اختصار حذف می شود، z 0 2 = 2A 0 2 E f /N 0 نسبت سیگنال به نویز قدرت است، S(τ- τ 0)=∫f(t-τ) f(t-τ0)dt/E f تابع سیگنال نرمال شده است، N(τ)=∫n(t)f(t-τ)dt تابع نویز نرمال شده است. با میانگین صفر، واریانس واحد و تابع همبستگی =S(τ"-τ"") پوشش تابع سیگنال S(τ-τ 0) ACF است.

با توجه به الگوریتم حداکثر درستنمایی، تصمیم به نفع سیگنال با عدد m در صورتی اتخاذ می شود که supL m (τ m)≥supL k (τ k) باشد. برای یافتن احتمالات تصمیمات صحیح و نادرست طبق این قانون، لازم است توزیع حداکثر مطلق فرآیندهای L(τ) در بازه [Т 1، Т 2] محاسبه شود.

اجازه دهید روشی را برای محاسبه احتمال خطا در تشخیص سیگنال های M با پارامترهای ناشناخته در مورد انتشار تک پرتوی سیگنال ها (یا در طرح جمع سیگنال بهینه) در نظر بگیریم. اجازه دهید با H k =supL k (τ k) مقدار حداکثر مطلق آمار را در خروجی کانال گیرنده k-ام نشان دهیم. توزیع مشترک متغیرهای تصادفی (H 1 ,H 2 ,..H M ) را به صورت w(u 1 ,u 2 ,..uM ) می نویسیم. شرط متعامد بودن سیگنال‌های f k (t) در مفهوم آماری به معنای استقلال متغیرهای تصادفی H k , k=1..M است. سپس احتمال یک راه حل صحیح با استفاده از الگوریتم حداکثر درستنمایی را می توان به صورت نوشتاری نوشت

اگر شرط متعامد بودن سیستم سیگنال ها (s k (t)) را در نظر بگیریم، آنگاه

فرض کنید سیستم سیگنال ها (s k (t)) انرژی یکسانی دارد، یعنی z 0 m =z 0 k =z 0 . سپس فرمول های H m و H k را می توان به صورت بازنویسی کرد

تابع توزیع حداکثر مطلق h k اجرای فرآیند گاوسی با تابع همبستگی R(τ) را می توان با فرمول تقریب زد.

ξ=(T 2 -T 1)/Δ طول کاهش یافته بازه پیشینی [T 1 ,T 2 ] است که به معنای تعداد وضوح سیگنال های PM در این بازه است. تقریب به صورت مجانبی دقیق به صورت ξ→∞، u→∞ است. برای مقادیر محدود ξ و u می توان از تقریب دقیق تری استفاده کرد

انتگرال احتمال برای ξ>>1 و z 0 >>1، تابع توزیع حداکثر مطلق h m را می توان به صورت F m (u)=F s (u)F N (u)≈Φ(u-z 0)F N (u) نوشت. با جایگزینی عبارات F N (u) و F m (u) به رابطه حقوق P، پس از تبدیل های مناسب به دست می آوریم.

جمله اول مربوط به احتمال پیشینی یک راه حل صحیح برای M رویدادهای به همان اندازه محتمل است. عبارت دوم تغییر در احتمال را به دلیل تصمیم تعیین می کند. همانطور که z 0 →∞، انتگرال در عبارت P راست است به 1 میل می کند و بر این اساس، P راست → 1 است.

احتمال خطای کل تمایز سیگنال های M با پارامترهای ناشناخته برابر است با

از فرمول ها می توان دریافت که با افزایش تعداد سیگنال های قابل تشخیص، احتمال خطای تصمیم P e (z 0) افزایش می یابد. با افزایش فاصله پیشینی تأخیرهای زمانی سیگنال ξ، احتمال خطای تشخیص Pe (z 0) به طور قابل توجهی افزایش می یابد.

4.4 مقایسه سیستم های ارتباطی سنکرون و ناهمزمان

به طور معمول، هنگام در نظر گرفتن عملکرد یک گیرنده یا دمدولاتور، سطحی از همگام سازی سیگنال در نظر گرفته می شود. به عنوان مثال، در دمودولاسیون فاز منسجم (طرح PSK)، فرض بر این است که گیرنده می تواند سیگنال های مرجعی تولید کند که فاز آنها با فاز عناصر الفبای سیگنال فرستنده یکسان است (احتمالاً تا یک افست ثابت). سپس در فرآیند تصمیم گیری در مورد مقدار نماد دریافتی (بر اساس اصل حداکثر درستنمایی)، سیگنال های مرجع با سیگنال های دریافتی مقایسه می شوند.

هنگام تولید چنین سیگنال های مرجع، گیرنده باید با حامل دریافتی همگام شود. این بدان معنی است که فاز حامل ورودی و کپی آن در گیرنده باید مطابقت داشته باشند. به عبارت دیگر، اگر هیچ اطلاعاتی بر روی حامل ورودی کدگذاری نشود، حامل ورودی و کپی آن در گیرنده همزمان از صفر عبور خواهند کرد. این فرآیند حلقه قفل فاز نامیده می‌شود (اگر بخواهیم سیگنال‌های مدوله‌شده منسجم را به‌طور دقیق در گیرنده دموولاسیون کنیم، باید تا حد امکان رعایت شود). در نتیجه حلقه قفل فاز، نوسان ساز محلی گیرنده در فرکانس و فاز با سیگنال دریافتی هماهنگ می شود. اگر سیگنال حامل مستقیماً نه حامل، بلکه حامل فرعی را مدوله کند، لازم است هم فاز حامل و هم فاز فرعی تعیین شود. اگر فرستنده همگام سازی فاز حامل-زیر حامل را انجام ندهد (که معمولاً انجام می دهد)، گیرنده ملزم به تولید یک کپی از حامل فرعی است، با کنترل فاز کپی فرعی از کنترل فاز حامل کپی. این به گیرنده اجازه می دهد تا قفل فاز را هم در حامل و هم در حامل فرعی بدست آورد.

علاوه بر این، فرض بر این است که گیرنده دقیقاً می داند یک کاراکتر ورودی از کجا شروع می شود و کجا به پایان می رسد. این اطلاعات برای دانستن فاصله ادغام نماد مناسب - فاصله ادغام انرژی قبل از تصمیم گیری در مورد مقدار نماد مورد نیاز است. بدیهی است که اگر گیرنده در بازه‌ای با طول نامناسب یا در بازه‌ای شامل دو نماد ادغام شود، توانایی تصمیم‌گیری دقیق کاهش می‌یابد.

مشاهده می شود که همگام سازی نماد و فاز مشترک هستند که هر دو شامل کپی کردن بخشی از سیگنال وفادار در گیرنده است. برای قفل فاز، این یک کپی دقیق از حامل خواهد بود. برای نماد نمادین، این یک پیچ و خم با عبور صفر به طور همزمان با انتقال سیگنال ورودی بین نمادها است. گفته می شود گیرنده ای که قادر به انجام این کار باشد دارای زمان بندی نماد است. از آنجایی که معمولاً تعداد بسیار زیادی از دوره‌های حامل در هر دوره نماد وجود دارد، این سطح دوم از همگام‌سازی بسیار درشت‌تر از همگام‌سازی فاز است و معمولاً با استفاده از طرحی متفاوت از آنچه در همگام‌سازی فاز استفاده می‌شود، انجام می‌شود.

بسیاری از سیستم‌های ارتباطی به سطح بالاتری از همگام‌سازی نیاز دارند که معمولاً به آن همگام‌سازی فریم گفته می‌شود. زمانی که اطلاعات در بلوک‌ها یا پیام‌هایی حاوی تعداد ثابتی از کاراکترها تحویل داده می‌شوند، همگام‌سازی فریم مورد نیاز است. این اتفاق می افتد، به عنوان مثال، زمانی که یک کد بلوک برای اجرای طرح حفاظت از خطای رو به جلو استفاده می شود، یا اگر کانال ارتباطی تقسیم زمانی باشد و توسط چندین کاربر استفاده شود (فناوری TDMA). با کدگذاری بلوکی، رمزگشا باید محل مرزهای بین کلمات رمز را بداند که برای رمزگشایی صحیح پیام ضروری است. هنگام استفاده از یک کانال تقسیم زمانی، باید مکان مرزهای بین کاربران کانال را دانست که برای جهت صحیح اطلاعات ضروری است. مانند همگام سازی نمادها، کادربندی معادل توانایی ایجاد موج مربعی با نرخ فریم با انتقال صفر همزمان با انتقال از یک فریم به فریم دیگر است.

اکثر سیستم های ارتباطات دیجیتال با استفاده از مدولاسیون منسجم به هر سه سطح همگام سازی نیاز دارند: فاز، نماد و قاب. سیستم‌های با مدولاسیون غیر منسجم معمولاً فقط به همگام‌سازی نماد و فریم نیاز دارند. از آنجایی که مدولاسیون غیر منسجم است، نیازی به همگام سازی دقیق فاز نیست. علاوه بر این، سیستم های نامنسجم نیاز به همگام سازی فرکانس دارند. همگام سازی فرکانس با همگام سازی فاز متفاوت است زیرا کپی حامل تولید شده توسط گیرنده ممکن است دارای تغییر فاز دلخواه از حامل دریافتی باشد. اگر نیازی به تعیین مقدار دقیق فاز حامل ورودی نباشد، ساختار گیرنده را می توان ساده کرد. متأسفانه، این ساده سازی مستلزم بدتر شدن وابستگی قابلیت اطمینان انتقال به نسبت سیگنال به نویز است.

تا کنون، محور بحث، دریافت کننده کانال ارتباطی بوده است. با این حال، گاهی اوقات فرستنده نقش فعال تری در همگام سازی ایفا می کند - زمان و فرکانس ارسال های خود را تغییر می دهد تا با انتظارات گیرنده مطابقت داشته باشد. یک مثال از این یک شبکه ارتباطی ماهواره ای است که در آن چندین پایانه زمینی سیگنال ها را به یک گیرنده ماهواره ای ارسال می کنند. در بیشتر این موارد، فرستنده از پیوند برگشت از گیرنده برای تعیین دقت زمان بندی استفاده می کند. بنابراین، برای موفقیت همگام سازی فرستنده اغلب به ارتباط دو طرفه یا یک شبکه نیاز است. به همین دلیل، زمان بندی فرستنده اغلب به عنوان زمان بندی شبکه شناخته می شود.

نیاز به همگام سازی گیرنده با هزینه های خاصی همراه است. هر سطح اضافی از همگام سازی مستلزم هزینه بیشتری برای سیستم است. بدیهی ترین سرمایه گذاری پول نیاز به نرم افزار اضافی یا سخت افزاربرای گیرنده برای دریافت و حفظ همگام سازی. همچنین، و به وضوح کمتر، ما گاهی اوقات با زمان لازم برای همگام سازی قبل از شروع ارتباط، یا انرژی مورد نیاز برای انتقال سیگنال هایی که در گیرنده برای به دست آوردن و حفظ همگام سازی استفاده می شود، هزینه می پردازیم. در این مورد، ممکن است این سوال مطرح شود که چرا طراح یک سیستم ارتباطی باید یک طراحی سیستم را مورد نیاز در نظر بگیرد درجه بالاهماهنگ سازی. پاسخ: بهبود عملکرد و تطبیق پذیری.

یک رادیو AM آنالوگ تجاری معمولی را در نظر بگیرید، که می تواند بخش مهمی از یک سیستم ارتباطی پخش شامل فرستنده مرکزی و گیرنده های متعدد باشد. این سیستمارتباطات ناهماهنگ هستند در عین حال، پهنای باند گیرنده باید به اندازه کافی گسترده باشد که نه تنها سیگنال اطلاعات، بلکه هرگونه نوسانات حامل ناشی از اثر داپلر یا رانش فرکانس مرجع فرستنده را نیز شامل شود. این نیاز پهنای باند فرستنده به این معنی است که انرژی نویز اضافی بیش از انرژی مورد نیاز برای انتقال اطلاعات به آشکارساز تحویل داده می شود. گیرنده‌های کمی پیچیده‌تر حاوی سیستم ردیابی فرکانس حامل می‌توانند شامل یک فیلتر باند باریک در مرکز حامل باشند که انرژی نویز را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد و نسبت سیگنال به نویز دریافتی را افزایش می‌دهد. بنابراین، اگرچه گیرنده‌های رادیویی معمولی برای دریافت سیگنال‌های فرستنده‌های بزرگ در فاصله چند ده کیلومتری کاملاً مناسب هستند، اما ممکن است در شرایط کیفیت کمتری از کار بیفتند.

برای ارتباطات دیجیتال، مبادله بین عملکرد و پیچیدگی گیرنده اغلب هنگام انتخاب مدولاسیون در نظر گرفته می شود. ساده ترین گیرنده های دیجیتال شامل گیرنده هایی هستند که برای استفاده با FSK باینری با تشخیص غیر منسجم طراحی شده اند. تنها مورد نیاز همگام سازی بیت و ردیابی فرکانس است. با این حال، اگر BPSK منسجم را به عنوان مدولاسیون انتخاب کنید، می توانید همان احتمال خطای بیت را دریافت کنید، اما با نسبت سیگنال به نویز کمتر (تقریباً 4 دسی بل). نقطه ضعف مدولاسیون BPSK این است که گیرنده به ردیابی فاز دقیق نیاز دارد، که اگر سیگنال ها دارای نرخ داپلر بالا یا محو شوند، می تواند یک مشکل طراحی دشوار باشد.

یکی دیگر از معاوضه بین قیمت و عملکرد شامل کدگذاری تصحیح خطا است. استفاده كردن روش های مناسبحفاظت از خطا می تواند عملکرد را به طور قابل توجهی بهبود بخشد. در عین حال، هزینه از نظر پیچیدگی گیرنده می تواند بالا باشد. عملکرد صحیح رمزگشای بلوک مستلزم آن است که گیرنده به همگام سازی بلوک، همگام سازی فریم یا همگام سازی پیام دست یابد. این روش علاوه بر رویه رمزگشایی معمولی است، اگرچه کدهای تصحیح خطای خاصی وجود دارند که دارای همگام سازی بلوک داخلی هستند. کدهای کانولوشنال برای دستیابی به عملکرد بهینه نیاز به همگام سازی اضافی دارند. اگرچه تجزیه و تحلیل عملکرد کدهای کانولوشنی اغلب طول نامحدودی از دنباله ورودی را فرض می کند، در عمل اینطور نیست. بنابراین، برای اطمینان از حداقل احتمال خطا، رمزگشا باید وضعیت اولیه (معمولاً تمام صفرها) را که توالی اطلاعات از آن شروع می شود، وضعیت نهایی و زمان رسیدن به حالت نهایی را بداند. دانستن پایان حالت اولیه و رسیدن به حالت نهایی معادل وجود همگام سازی فریم است. علاوه بر این، رمزگشا باید بداند که چگونه نمادهای کانال را برای تصمیم گیری تقسیم بندی کند. این الزام در مورد همگام سازی نیز صدق می کند.

بحث بالا در مورد مبادلات از نظر رابطه بین عملکرد و پیچیدگی کانال‌ها و گیرنده‌ها بوده است. شایان ذکر است که توانایی همگام سازی نیز پیامدهای بالقوه قابل توجهی برای کارایی و تطبیق پذیری سیستم دارد. همگام سازی فریم به شما امکان می دهد از پیشرفته، روش های عمومیدسترسی چندگانه، مشابه طرح‌های دسترسی چندگانه مبتنی بر تقاضا (DAMA). علاوه بر این، استفاده از تکنیک‌های طیف گسترده، هم طرح‌های دسترسی چندگانه و هم طرح‌های سرکوب تداخل، به سطح بالایی از همگام‌سازی سیستم نیاز دارند. این فناوری‌ها امکان ایجاد سیستم‌های بسیار متنوع را ارائه می‌دهند که در هنگام تغییر سیستم یا در معرض تداخل عمدی یا غیرعمدی منابع مختلف خارجی، ویژگی بسیار مهمی است.

نتیجه

بخش اول کار من اصول ساخت سیستم های مخابراتی بی سیم را شرح می دهد: طرحی برای ساخت یک سیستم ارتباط سلولی ارائه شده است، روش هایی برای جداسازی مشترکین در ارتباطات سلولی نشان داده شده است و مزایای (محرمانه بودن و مصونیت از نویز) جداسازی کد در مقایسه با زمان و فرکانس ذکر شده و استانداردهای رایج نیز در نظر گرفته شده است دیو اتصال با سیم DECT، بلوتوث و Wi-Fi (802.11، 802.16).

علاوه بر این، همبستگی و خواص طیفی سیگنال‌ها در نظر گرفته می‌شود و برای مثال، محاسبات طیف‌های برخی سیگنال‌ها (پالس مستطیلی، زنگ گاوسی، پالس هموار) و توابع همبستگی خودکار سیگنال‌های بارکر رایج در ارتباطات دیجیتال و توابع والش ارائه می‌شود. انواع سیگنال های پیچیده برای سیستم های مخابراتی نشان داده شده است.

فصل سوم روش‌های مدولاسیون برای سیگنال‌های پیچیده را ارائه می‌کند: روش‌های کلیدسازی تغییر فاز، مدولاسیون با تغییر فرکانس حداقل (یکی از روش‌های مدولاسیون فاز پیوسته)، مدولاسیون دامنه مربعی. و مزایا و معایب آنها ذکر شده است.

بخش آخر کار شامل بررسی احتمالات خطای تشخیص سیگنال های نوسان M شناخته شده و M در پس زمینه نویز و همچنین الگوریتمی برای محاسبه خطاها در تشخیص سیگنال های متعامد M با موقعیت زمانی نامشخص در ارتباطات تقسیم کد ناهمزمان است. سیستم های.

کتابشناسی - فهرست کتب:

1. Ratynsky M.V. مبانی ارتباطات سلولی / ویرایش. D. B. Zimina - M .: رادیو و ارتباطات، 1377. - 248 ص.

2. Sklyar B. ارتباطات دیجیتال. مبانی نظری و استفاده عملی، چاپ دوم.: پر. از انگلیسی. – م.: انتشارات ویلیامز، 2003. – 1104 ص.

3. Shakhnovich I. فن آوری های مدرن ارتباطات بی سیم. مسکو: تکنوسفرا، 2004. - 168 ص.

4. Baskakov S.I. مدارها و سیگنال های رادیویی: Proc. برای دانشگاه های ویژه "مهندسی رادیو". - ویرایش سوم، بازنگری شده. و اضافی - م .: بالاتر. مدرسه، 2000. - 462 ص.

5. سیگنال های نویز مانند در سیستم های انتقال اطلاعات. اد. پروفسور V.B. پستریاکووا. م.، "جغدها. رادیو، 1973. – 424 ص.

6. Varakin L.E. سیستم های ارتباطی با سیگنال های نویز مانند. - م.: رادیو و ارتباطات، 1364. - 384 ص.

7. Vishnevsky V.M., Lyakhov A.I., Portnoy S.L., Shakhnovich I.V. پهنای باند شبکه های بی سیمانتقال اطلاعات مسکو: تکنوسفر، 2005. - 592 ص.

8. Radchenko Yu.S., Radchenko T.A. کارایی جداسازی کد سیگنال ها با زمان نامعلوم ورود. مجموعه مقالات بین المللی 5. conf. "رادار، ناوبری، ارتباطات" - RLNC-99، Voronezh، 1999، v.1، p. 507-514.

9. سیستم های مهندسی رادیو: Proc. برای دانشگاه های ویژه "مهندسی رادیو" / Yu.P. گریشین، V.P. ایپاتوف، یو.م. کازارینوف و دیگران؛ اد. یو.م. کازارینوف - م .: بالاتر. مدرسه، 1990. - 469 ص.

انتقال به موقع اطلاعات مبنای عملکرد پایدار بسیاری از صنایع و کشاورزی است.

جامعه اطلاعاتی مدرن به طور فعال از سیستم های مخابراتی مختلف برای تبادل حجم زیادی از اطلاعات در مدت زمان کوتاه استفاده می کند.

سیستم ها و شبکه های مخابراتی مدرن

سیستم های مخابراتی ابزارهای فنی هستند که برای انتقال مقادیر زیادی اطلاعات از طریق خطوط ارتباطی فیبر نوری طراحی شده اند. به عنوان یک قاعده، سیستم های مخابراتی برای خدمت به تعداد زیادی از کاربران طراحی شده اند: از چند ده هزار تا میلیون ها. استفاده از چنین سیستمی شامل انتقال منظم اطلاعات به صورت دیجیتالی بین تمامی شرکت کنندگان در شبکه مخابراتی است.

ویژگی اصلی تجهیزات شبکه مدرن اطمینان از اتصال بدون وقفه به طوری که اطلاعات به طور مداوم منتقل می شود. در عین حال، بدتر شدن دوره ای کیفیت ارتباطات در زمان برقراری ارتباط و همچنین مشکلات فنی دوره ای ناشی از عوامل خارجی مجاز است.

انواع و طبقه بندی سیستم های مخابراتی

سیستم های مخابراتی مدرن با توجه به چندین ویژگی اصلی ترکیب شده اند.

بسته به هدف، سیستم های پخش تلویزیونی، ارتباطات شخصی و شبکه های کامپیوتری متمایز می شوند.

بسته به پشتیبانی فنی مورد استفاده برای انتقال اطلاعات، سیستم های ارتباطی کابلی سنتی، پیشرفته تر - فیبر نوری، و همچنین زمینی و ماهواره ای متمایز می شوند.

بسته به روش رمزگذاری آرایه اطلاعات، کانال های ارتباطی آنالوگ و دیجیتال متمایز می شوند. نوع دوم گسترده شده است، در حالی که امروزه کانال های ارتباطی آنالوگ کمتر و کمتر مورد تقاضا هستند.

سیستم های کامپیوتری

سیستم های کامپیوتری مجموعه ای از چندین رایانه شخصی هستند که با استفاده از کابل ها و برنامه های تخصصی در یک زمینه اطلاعاتی واحد متحد شده اند.

مجموعه تجهیزات و نرم افزارهای نصب شده یک سیستم خودتنظیمی مستقل است که به طور کلی در خدمت شرکت است.

بسته به عملکرد آنها، تجهیزات سیستم کامپیوتری به موارد زیر تقسیم می شوند:

• سرویس (برای ذخیره سازی میانی و پشتیبان اطلاعات)؛


• فعال (برای اطمینان از سیگنال دهی به موقع و با کیفیت؛


• دستگاه های شخصی

برای اطمینان از عملکرد کل سیستم، نرم افزار مناسب مورد نیاز است که بر اساس نیاز کاربران به درستی پیکربندی شده باشد.

مهندسی رادیو و سیستم های تلویزیونی

در قلب سیستم های ارتباط رادیویی قرار دارند نوسانات الکترومغناطیسیکه از یک کانال رادیویی ویژه پخش می شود. واحد عملکرد سیستم سیگنالی است که در فرستنده تبدیل می شود و سپس به یک پیام اطلاعاتی در گیرنده تبدیل می شود.

اساس عملکرد بی وقفه سیستم های مهندسی رادیو خط ارتباطی است - محیط فیزیکی و سخت افزاری که انتقال به موقع و کامل اطلاعات را تضمین می کند.

سیستم های تلویزیونی بر اساس یک اصل مشابه گیرنده و فرستنده عمل می کنند. اکثر آنها از سیگنال دیجیتال استفاده می کنند که به پیام اجازه می دهد با کیفیت بالاتری منتقل شود.

سیستم های مخابراتی جهانی

سیستم های مخابراتی جهانی شامل آن دسته از سخت افزارها و نرم افزارهایی است که کاربران را بدون توجه به موقعیت فیزیکی آنها در کره زمین به هم متصل می کند. ویژگی اصلی شبکه های جهانی هوشمندسازی است که استفاده از ظرفیت شبکه را با کارایی بهینه آسان می کند و در عین حال هزینه های نگهداری تجهیزات را به حداقل می رساند. چندین نوع اصلی از شبکه های جهانی وجود دارد.

شبکه های دیجیتال با ماژول های یکپارچه از سوئیچینگ مدار پیوسته استفاده می کنند، در حالی که آرایه های داده به شکل دیجیتال پردازش می شوند. کاربران شبکه فقط به برخی از توابع دسترسی دارند، رابط به شما اجازه نمی دهد پارامترهای فنی را به تنهایی تغییر دهید.

شبکه های X25 قدیمی ترین، قابل اطمینان ترین و اثبات شده ترین فناوری ها برای انتقال اطلاعات بین تعداد نامحدودی از کاربران هستند. تفاوت اصلی بین چنین شبکه هایی وجود دستگاهی برای "مونتاژ" بلوک های جداگانه اطلاعات ارسال شده به "بسته ها" برای سریع ترین انتقال است.

حالت داده ناهمزمان یک فناوری مدرن است که برای شبکه‌های باند پهن که مبتنی بر کابل‌های فیبر نوری هستند استفاده می‌شود.

سیستم های مخابراتی نوری

اساس سیستم های مخابراتی نوری یک کابل فیبر نوری است که دستگاه های جداگانه را به یک شبکه جهانی متصل می کند.

سیگنال ها با استفاده از محدوده تابش مادون قرمز منتقل می شوند، در حالی که پهنای باند کابل فیبر نوری چندین برابر بیشتر از سایر انواع تجهیزات است.

مشخصات فنی مواد سطح پایینی از تضعیف سیگنال را در فواصل طولانی فراهم می کند که امکان استفاده از کابل را برای ارتباط بین قاره ها فراهم می کند. کابل فیبر نوری که در امتداد کف اقیانوس قرار گرفته است از دسترسی غیرمجاز محافظت می شود، زیرا از نظر فنی رهگیری سیگنال های ارسالی بسیار دشوار است.

سیستم های مخابراتی چند کاناله

یکی از ویژگی های متمایز چنین سیستم های ارتباطی استفاده از چندین کانال برای انتقال سیگنال های اطلاعاتی است.

سیستم های مخابراتی مدرن از کابل، موجبر، رله رادیویی و همچنین خطوط ارتباطی فضایی استفاده می کنند. سیگنال رمزگذاری شده با سرعت چندین گیگابیت در ثانیه در فواصل بسیار زیاد منتقل می شود.

مزیت اصلی سیستم های چند کاناله، ارائه آن است عملکرد پایدار. هنگامی که یک کانال ارتباطی از کار می افتد، کانال بعدی به طور خودکار متصل می شود.

کاربران در برابر قطع ناگهانی و از دست دادن اطلاعات مهم محافظت می شوند. این سیستم ها مبتنی بر ساختارهای کابلی ساخت یافته هستند.

سیستم های مخابراتی چندسرویس

سیستم‌های مخابراتی چندسرویس یک محیط سخت‌افزاری و نرم‌افزاری هستند که برای انتقال داده‌ها با استفاده از فناوری سوئیچینگ بسته طراحی شده‌اند - بلوک‌های جداگانه اطلاعات را به پیام‌های بزرگ متصل می‌کنند.

یکی از ویژگی های سیستم های چند سرویس، نیاز به اطمینان از عملکرد پایدار همه عناصر محیط حمل و نقل است. به عنوان یک قاعده، فناوری های مختلفی برای انتقال داده ها و همچنین اطلاعات صوتی و تصویری استفاده می شود، اما زیرساخت یکسان است. بنابراین، اصل اساسی ساخت شبکه های چندسرویس، جهانی بودن است. راه حل فن آوری، که با کمک آن تجهیزات ناهمگن سرویس می شود و برای انجام عملیات مختلف طراحی شده است.

سیستم چند سرویس از یک کانال برای انتقال داده استفاده می کند انواع مختلف. این باعث صرفه جویی در هزینه تعمیر و نگهداری سیستم و سخت افزار می شود: یک طراحی واحد به پرسنل و هزینه های کمتری نیاز دارد.

ساختار، تجهیزات و اجزای سیستم های مخابراتی

در قلب هر سیستم مخابراتی سرورهایی قرار دارند که اطلاعات مورد نیاز کاربران را ذخیره و پردازش می کنند.

اتاق های سرور اتاق های کوچک و دارای تهویه صنعتی هستند که از هارد دیسک های بزرگ زیادی پشتیبانی می کنند.

رایانه های کاربر وسیله ارتباط بین پایگاه داده و کاربران خاص اطلاعاتی هستند که پرس و جوهای جستجو را انجام می دهند.

اساس فنی شبکه های مخابراتی خطوط ارتباطی است، یعنی رسانه های انتقال داده که به عنوان کانال های ارتباطی فیبر نوری، کواکسیال یا بی سیم استفاده می شود.

تجهیزات شبکه ای که انتقال و دریافت داده را فراهم می کند:

• مودم؛
• آداپتورها؛
• روترها؛
• متمرکز کننده ها

چنین دستگاه هایی مکمل سیستم مخابراتی هستند و برای عملکرد پایدار ضروری هستند.

این نرم افزار به شما امکان می دهد تا به طور موثر عملکرد تجهیزات نصب شده را کنترل کنید که انتقال به موقع اطلاعات در حجم های مورد نیاز را تضمین می کند.

روش ها و ابزار اندازه گیری در سیستم های مخابراتی

بسته به مرحله اجرا، سه نوع اندازه گیری متمایز می شود:

1. اندازه گیری های نصب پس از نصب تجهیزات انجام می شود تا از عملکرد تمام گره های سیستم مخابراتی اطمینان حاصل شود.


2. در حین کار، لازم است اندازه گیری های تنظیمی انجام شود که به شما امکان می دهد عملکرد تجهیزات را با شرایط محیطی متغیر تطبیق دهید. به عنوان مثال، اگر سخت افزار یا نرم افزار در یک سیستم مخابراتی تغییر کند، باید از ادامه عملکرد کامل آن اطمینان حاصل شود.


3. اندازه گیری های کنترلی یا پیشگیرانه به منظور جلوگیری از خرابی های ناگهانی در شبکه مخابراتی به طور مرتب انجام می شود.

مبانی ساخت و نصب سیستم ها و شبکه های مخابراتی

اصل اصلی ساخت یک سیستم مخابراتی با هر اندازه و هدفی، تقسیم آن به بخش های عملکردی جداگانه است. زمان سرویس هر یک از آنها کاهش می یابد، روش یافتن محل خرابی در صورت بروز هرگونه نقص فنی ساده شده است.

علاوه بر این، هنگام نصب سیستم ها باید دقت شود که خود کابل جدا شود تا انتقال داده ها تا حد امکان کمتر به عوامل خارجی وابسته باشد. کابل های فیبر نوری مدرن در زیر زمین، در کف اقیانوس یا در راه راه های ویژه قرار دارند که حداکثر آنها را از اثرات مضر محافظت می کند.

تضمین امنیت اطلاعات سیستم های مخابراتی

وظیفه اصلی در ساخت یک سیستم امنیتی در مخابرات جلوگیری از نشت اطلاعات از طریق کانال های جداگانه است. دلیل چنین پدیده‌هایی می‌تواند هم آسیب سخت‌افزاری به کانال انتقال (کابل فیبر نوری) و هم حمله توسط مهاجمان با استفاده از ابزارهای نرم‌افزاری باشد.

در حالت اول، امنیت اطلاعات شامل ارائه کابل های با کیفیت بالا است که می توانند بارهای سنگین و عملکرد منظم را تحمل کنند.

در مرحله دوم، توسعه، پیاده سازی و نگهداری ابزارهای نرم افزاری که دسترسی به منابع سیستم مخابراتی را محدود می کند، ضروری است.

سیستم های مخابراتی هتل ها

کسب و کار هتل مجموعه ای از خدمات است که اقامت راحت را برای مهمانان در قلمرو هتل فراهم می کند. به همین دلیل است که ارائه به موقع اطلاعات کامل و قابل اعتماد در مورد هر چیزی که ممکن است مورد علاقه مهمانان باشد، تضمینی برای حفظ مشتری است.

به عنوان یک قاعده، سیستم های مخابراتی در مجموعه های هتل عبارتند از:

• ارتباطات تصویری؛
• سیستم های کامپیوتری؛
• نرم افزار.

بنابراین، هر مهمان راحتی زندگی در یک اتاق و تمام اطلاعات لازم را دریافت می کند.

سیستم های مخابراتی و شبکه های حمل و نقل ریلی

برخلاف صنعت مهمان‌نوازی، اولویت اصلی مخابرات در بخش راه‌آهن، قابلیت اطمینان اطلاعات است. بنابراین، شبکه های مخابراتی در حمل و نقل ریلی به گونه ای طراحی شده اند که تمام اطلاعات ارسالی را می توان به سرعت ردیابی کرد، در حالی که به نشت های احتمالی کمترین توجه می شود.

شرکت های ارائه دهنده سیستم های مخابراتی

سیستم های مخابراتی توسط تامین کنندگان تجهیزات برای انجام ارتباطات داده و شرکت های خدماتی نگهداری می شوند.

از جمله شرکت ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• "سیستم های مخابراتی" یکی از قدیمی ترین شرکت های تخصصی در سنت پترزبورگ است که خدمات تعمیر، پیکربندی و نگهداری فعلی سیستم های انتقال اطلاعات را به مشتریان ارائه می دهد.


• "Stroykom-A" - یک شرکت کوچک که خدماتی را برای نگهداری و بهبود سیستم های مخابراتی فرسوده ارائه می دهد.


• Cryptocom یک شرکت با مشخصات محدود ارائه دهنده امنیت در سیستم های مخابراتی شرکت های صنایع دفاعی است.

تولید کنندگان و تامین کنندگان تجهیزات سیستم های مخابراتی

شرکت های زیر در زمینه تولید و تامین تجهیزات سیستم های مخابراتی فعالیت دارند:

• "مونتایر" ارائه دهنده راه حل های کلید در دست برای سیستم های مخابراتی است که طیف گسترده ای از سخت افزار سرور را به مشتریان ارائه می دهد.


• Rdcam یک شرکت تمام چرخه است که نه تنها تجهیزات آماده، بلکه توسعه راه حل های مهندسی برای سیستم های مخابراتی را نیز به مشتریان ارائه می دهد.


• LAN-ART تامین کننده تجهیزات سوئیچینگ شبکه و تولید کننده کابل های ارتباطی است.

سیستم های مخابراتی مدرن و تجهیزات ارتباطی تخصصی در نمایشگاه سالانه Sviaz به نمایش گذاشته شده است.

مقالات دیگر ما را بخوانید:

بر اساس هدف، سیستم های مخابراتی به صورت زیر دسته بندی می شوند:

سیستم های پخش تلویزیونی؛

سیستم های ارتباطی (از جمله صفحه بندی)؛

شبکه های کامپیوتر.

بر اساس نوع رسانه انتقال اطلاعات مورد استفاده:

کابل (مس سنتی)؛

فیبر نوری؛

ضروری؛

ماهواره.

از طریق انتقال اطلاعات:

آنالوگ؛

دیجیتال.

سیستم های ارتباطی بر اساس تحرک به دو دسته تقسیم می شوند:

ثابت (خطوط مشترک سنتی)؛

متحرک.

سیستم های ارتباطات سیار بر اساس اصل پوشش منطقه خدماتی تقسیم بندی می شوند:

در میکروسلولار - DECT.

تلفن همراه - NMT-450، D-AMPS، GSM، CDMA؛

ترانکینگ (ماکروسلولار، منطقه) - TETRA، SmarTrunk.

ماهواره.

سیستم های پخش تلویزیونی

سیستم های پخش (تلویزیون) با توجه به روش تحویل سیگنال و منطقه تحت پوشش به دو دسته تقسیم می شوند:

شبکه های دریافت تلویزیون؛

- "کابل" (سیستم های دریافت تلویزیون جمعی (SKTP))؛

فن آوری برای توزیع بی سیم با سرعت بالا اطلاعات چند رسانه ای MMDS، MVDS و LMDS.

ماهواره.

سیستم های ارتباطی سیار

سیستم‌های ارتباطی تلفن همراه (MCS)، شبکه‌های تماس رادیویی شخصی (PRC) و سیستم‌های ارتباطی ماهواره‌ای برای انتقال داده‌ها و ارائه ارتباطات تلفنی به اشیاء متحرک و ثابت طراحی شده‌اند. انتقال داده به یک مشترک تلفن همراه به طور چشمگیری قابلیت های خود را گسترش می دهد، زیرا علاوه بر تلفن، می تواند انواع پیام های تلکس و فکس را دریافت کند. اطلاعات گرافیکیافزایش حجم اطلاعات مستلزم کاهش زمان ارسال و دریافت آن است که در نتیجه تولید ارتباطات رادیویی سیار (پیجرها، تلفن‌های رادیویی سلولی، پایانه‌های کاربر ماهواره) افزایش می‌یابد.

مزیت اصلی SPS: ارتباطات سیار به مشترک این امکان را می دهد که خدمات ارتباطی را در هر نقطه از مناطق تحت پوشش شبکه های زمینی یا ماهواره ای دریافت کند. به لطف پیشرفت در فناوری ارتباطات، پایانه های مشترک جهانی با اندازه کوچک (ATs) ایجاد شده اند. SPS به مصرف کنندگان این فرصت را می دهد تا به شبکه تلفن عمومی (PSTN)، انتقال داده های رایانه ای دسترسی پیدا کنند.

شبکه های ارتباطی سیار عبارتند از: شبکه های ارتباطی سیار سلولی (MCSN). شبکه های ارتباطی ترانکینگ (STS)؛ شبکه های تماس رادیویی شخصی (PRP)؛ شبکه های ارتباطات ماهواره ای شخصی (موبایل).

شبکه های تلفن همراه

در میان امکانات مدرن مخابراتی، شبکه های تلفن رادیویی سلولی با بیشترین سرعت در حال توسعه هستند. اجرای آنها حل مشکل استفاده اقتصادی از باند فرکانس رادیویی اختصاص داده شده با ارسال پیام ها در فرکانس های مشابه، اما در مناطق مختلف (سلول ها) و افزایش توان عملیاتی شبکه های مخابراتی را ممکن ساخت. آنها نام خود را مطابق با اصل سلولی سازماندهی ارتباطات گرفتند که بر اساس آن منطقه خدمات به سلول ها (سلول ها) تقسیم می شود.

یک سیستم ارتباط سلولی یک سیستم فنی پیچیده و منعطف است که امکان انجام طیف گسترده ای از گزینه های پیکربندی و مجموعه ای از عملکردها را فراهم می کند. می تواند انتقال گفتار و انواع دیگر اطلاعات را فراهم کند. برای انتقال صدا، به نوبه خود، ارتباطات تلفنی معمولی دو طرفه و چند جانبه (کنفرانس - با مشارکت بیش از دو مشترک در یک مکالمه همزمان)، پست صوتی قابل پیاده سازی است. هنگام سازماندهی یک مکالمه تلفنی معمولی، حالت های شماره گیری مجدد خودکار، انتظار تماس، ارسال تماس (شرط یا بدون قید و شرط) و غیره امکان پذیر است.

فن‌آوری‌های مدرن این امکان را به مشترکین SSRS می‌دهد که پیام‌های صوتی با کیفیت بالا، قابلیت اطمینان و محرمانه بودن ارتباطات، کوچک‌سازی تلفن‌های رادیویی و محافظت در برابر دسترسی‌های غیرمجاز را برای مشترکین SSRS فراهم کنند.

شبکه های ترانکینگ

شبکه‌های ترانکینگ تا حدودی شبیه شبکه‌های سلولی هستند: آنها همچنین شبکه‌های ارتباطات تلفن همراه رادیویی زمینی هستند که تحرک مشترک را در یک منطقه خدمات نسبتاً بزرگ فراهم می‌کنند. تفاوت اصلی این است که STS ها از نظر اصول ساخت و ساز ساده تر هستند و مجموعه خدمات کمتری را در اختیار مشترکان قرار می دهند، اما به همین دلیل نسبت به تلفن همراه ارزان تر هستند. STS ظرفیت بسیار کمتری نسبت به تلفن همراه دارد و اساساً بر ارتباطات سیار دپارتمان (شرکتی) متمرکز است. استفاده اصلی STS ارتباطات شرکتی (خدماتی، دپارتمان) است، به عنوان مثال، ارتباطات عملیاتیخدمات آتش نشانی با تعداد خروجی (کانال) "به شهر" بسیار کمتر از تعداد مشترکین سیستم است. الزامات اصلی STS عبارتند از: ارائه ارتباط در یک منطقه خدماتی معین، بدون توجه به موقعیت مکانی مشترکین تلفن همراه. امکان تعامل بین گروه های فردی مشترکین و سازماندهی ارتباطات دایره ای. کارایی مدیریت ارتباطات، از جمله در سطوح مختلف؛ ارائه ارتباطات از طریق مراکز کنترل؛ امکان ایجاد اولویت کانال های ارتباطی؛ هزینه کم انرژی ایستگاه سیار؛ محرمانه بودن مکالمات

نام ترانکینگ ارتباطاتاز ترانک انگلیسی (ترانک) می آید و این واقعیت را منعکس می کند که ترانک ارتباطی در چنین سیستمی حاوی چندین کانال فیزیکی (معمولا فرکانس) است که هر یک از آنها می تواند برای هر یک از مشترکین سیستم ارائه شود. این ویژگی STS را از سیستم های ارتباطی رادیویی دو طرفه قبل از آن متمایز می کند، که در آن هر مشترک فقط به یک کانال دسترسی داشت، اما دومی باید به نوبه خود به تعدادی از مشترکین خدمات ارائه می داد. STS در مقایسه با چنین سیستم هایی دارای ظرفیت (پهنای باند) قابل توجهی با شاخص های مشابه کیفیت خدمات است.

شبکه های صفحه بندی

شبکه های پیجینگ (PRP) یا شبکه های پیجینگ (پیجینگ - تماس) شبکه های یک طرفه هستند ارتباطات سیار، که انتقال پیام های کوتاه از مرکز سیستم (از پایانه پیجینگ) به گیرنده های مینیاتوری مشترک (پیجرها) را تضمین می کند.

شبکه های پیجینگ نوع مناسب و نسبتا ارزانی از ارتباطات سیار را ارائه می دهند، اما با محدودیت های قابل توجه: ارتباط یک طرفه است، نه در زمان واقعی، و فقط به صورت پیام کوتاه. SRL ها در جهان بسیار گسترده شده اند - به طور کلی، به همان ترتیب شبکه های سلولی، اگرچه شیوع آنها در کشورهای مختلفبه طور قابل توجهی متفاوت است.

شبکه های ماهواره ای سیار

همراه با SPS در دسترس عموم (تماس رادیویی شخصی و تلفن همراه)، شبکه های ارتباطی ماهواره ای بیش از پیش فعالتر در حال توسعه هستند. زمینه های زیر کاربرد ارتباطات ماهواره ای سیار مرتبط است:

گسترش شبکه های سلولی؛

استفاده از ارتباطات ماهواره ای در مناطقی که استقرار SPS غیرعملی است، به عنوان مثال، به دلیل تراکم جمعیت کم.

استفاده از ارتباطات ماهواره ای علاوه بر تلفن همراه موجود، به عنوان مثال برای ارائه رومینگ در صورت عدم تطابق با استانداردها یا در هر شرایط اضطراری.

ارتباط بی سیم ثابت در مناطق با تراکم جمعیت کم در غیاب SPS و ارتباطات سیمی.

هنگام انتقال اطلاعات در مقیاس جهانی (مناطق آبی اقیانوس جهانی، مکان های شکست در زیرساخت های زمینی و غیره).

به ویژه، هنگامی که مشترک از منطقه خدمات شبکه های تلفن همراه محلی حذف می شود اتصال ماهواره اینقش کلیدی ایفا می کند، زیرا هیچ محدودیتی در پیوند دادن مشترک به یک منطقه خاص ندارد. در بسیاری از مناطق جهان، تقاضا برای خدمات تلفن همراه تنها با کمک سیستم های ماهواره ای می تواند به طور موثر برآورده شود.

شبکه های فیبر نوری

خط ارتباطی فیبر نوری (FOCL) نوعی سیستم انتقال است که در آن اطلاعات از طریق موجبرهای دی الکتریک نوری، معروف به "فیبر نوری" منتقل می شود. شبکه فیبر نوری یک شبکه اطلاعاتی است که عناصر اتصال بین گره های آن خطوط ارتباطی فیبر نوری هستند. فن آوری های شبکه فیبر نوری، علاوه بر فیبر نوری، مسائل مربوط به تجهیزات انتقال الکترونیکی، استانداردسازی آن، پروتکل های انتقال، مسائل توپولوژی شبکه و مسائل کلی شبکه را نیز پوشش می دهد.

مزایای FOCL:پهنای باند وسیع، تضعیف کم سیگنال نور در فیبر، سطح نویز کم، ایمنی بالای نویز، وزن و حجم کم، امنیت بالا در برابر دسترسی غیرمجاز، جداسازی گالوانیکیعناصر شبکه، ایمنی انفجار و آتش سوزی، مقرون به صرفه بودن کابل های فیبر نوری (FOC)، عمر طولانی، منبع تغذیه از راه دور.

معایب FOCL:هزینه تجهیزات رابط (قیمت فرستنده‌ها و گیرنده‌های نوری هنوز بسیار بالاست)، نصب و نگهداری خطوط نوری (هزینه نصب، آزمایش و پشتیبانی خطوط ارتباطی فیبر نوری نیز بالاست)، نیاز به فیبر ویژه حفاظت.

مزایای استفاده از خطوط ارتباطی فیبر نوری به قدری قابل توجه است که علیرغم معایب ذکر شده فیبر نوری، چشم اندازهای بیشتر برای توسعه فناوری ارتباطات فیبر نوری در شبکه های اطلاعاتی بیش از پیش آشکار است.

شبکه های مخابراتی نشان دهنده پیچیده ترین تجهیزات در جهان است. فقط باید به شبکه تلفن فکر کرد که شامل بیش از 2 میلیارد تلفن ثابت و تلفن همراه با دسترسی جهانی است. هنگامی که یکی از این تلفن ها تماس برقرار می کند، شبکه تلفن قادر است به هر تلفن دیگری در جهان متصل شود. علاوه بر این، بسیاری از شبکه های دیگر به شبکه تلفن متصل هستند. این نشان می دهد که پیچیدگی شبکه جهانی مخابرات از پیچیدگی هر سیستم دیگری در جهان بیشتر است.

خدمات مخابراتی تأثیر بسزایی در توسعه جامعه جهانی دارد. اگر تراکم تلفن کشور را بدانیم، آنگاه می توانیم سطح توسعه فنی و اقتصادی آن را ارزیابی کنیم. در کشورهای توسعه نیافته، تراکم تلفن های ثابت (ثابت) از 10 تلفن در هر 1000 نفر تجاوز نمی کند. در کشورهای توسعه یافته، مانند آمریکای شمالی و اروپا، تقریباً 500 تا 600 تلفن در هر 1000 نفر است. توسعه اقتصادی و فرهنگیکشورهای در حال توسعه (علاوه بر بسیاری از عوامل دیگر) به در دسترس بودن خدمات مخابراتی کارآمد بستگی دارند. شبکه محلی (LAN) که کامپیوتر ما به آن متصل است به شبکه LAN سایر سایت‌های واقع در سراسر دانشگاه ما متصل است. این برای همکاری موثر بخش های مختلف ضروری است. ما روزانه با افراد در سازمان های دیگر از طریق ایمیل، تلفن، فکس و تلفن همراه ارتباط برقرار می کنیم. در مقیاس سازمان ها، در مقیاس کشور و در مقیاس بین المللی اتفاق می افتد.

بازی مخابرات نقش مهمی در بسیاری از زمینه های زندگی روزمره دارد. هر یک از ما روزانه نه تنها از خدمات مخابراتی، بلکه از خدمات متکی بر مخابرات نیز استفاده می کنیم. در اینجا چند نمونه از خدمات وابسته به مخابرات آورده شده است: بانکداری، دستگاه های باجه خودکار، تجارت الکترونیک. حمل و نقل هوایی، راه آهن، بلیط؛ فروش، عمده فروشی و پردازش سفارش؛ پرداخت با کارت اعتباری در فروشگاه ها؛ سفارش اتاق هتل توسط آژانس های مسافرتی؛ تهیه مواد توسط صنعت؛ عملیات دولتی

سوالات تستی:

1. مفهوم شبکه. امکانات شبکه را فهرست کنید.

2. اولین شبکه در چه سالی پدیدار شد، چه نامی داشت و در کجا؟

3- اجزای اصلی شبکه را نام ببرید.

4. شاخص های شبکه های کامپیوتری را فهرست کنید.

5. سطوح مدل مرجع تعامل سیستم های باز را شرح دهید.

6. مفاهیم «پروتکل»، «رابط»، «شفافیت»، «سیستم عامل شبکه» را تعریف کنید.

7. پشتیبانی فنی شبکه های کامپیوتری شامل چه اجزایی است؟ آنها را توصیف کنید.

8-انواع شبکه ها را نام ببرید.

9. طبقه بندی شبکه ها را ارائه دهید.

10. مزایای شبکه های محلی را شرح دهید.

11. اجزای سخت افزاری اصلی LAN را شرح دهید.

12. تفاوت بین مدل های "فایل سرور" و "کلینت سرور" چیست؟

13. کابل های مورد استفاده در اکثر شبکه ها را شرح دهید.

14. برای انتقال سیگنال های کدگذاری شده روی کابل از چه فناوری هایی استفاده می شود؟

15. فرستنده و گیرنده چیست؟ این برای چیست؟

16. مزایا و انواع شبکه های بی سیم چیست.

17. روش های دسترسی LAN را شرح دهید

18. مفهوم سیستم مخابراتی را بیان کنید.

19. انواع سیستم های مخابراتی را فهرست کنید.

20. شبکه های تلفن همراه را شرح دهید.

مبحث 9. اینترنت

قسمت 1

شبکه های مخابراتی و اطلاعاتی

فصل 1 ______

شبکه ها و سیستم های مخابراتی. مقررات عمومی

فهرست اختصارات

GII (GII)	-	زیرساخت اطلاعات جهانی
حافظه	-	دستگاه حافظه
LS	-	خط ارتباطی
بر	-	نرم افزار
TS	-	شبکه مخابراتی
PSTN (PSTN)	-	شبکه تلفن عمومی
CHNN	-	ساعت شلوغ
دستگاه خودپرداز	-	روش تحویل ناهمزمان
B-ISDN	-	شبکه دیجیتال خدمات یکپارچه باند پهن
FR	-	تکنولوژی فریم رله
IDN	-	شبکه دیجیتال یکپارچه
که در	-	شبکه ارتباطی هوشمند
IP	-	پروتکل اینترنت
N-ISDN	-	شبکه دیجیتال خدمات یکپارچه باریک
PLMN	-	شبکه ارتباط سلولی با اشیاء متحرک

مفاهیم اساسی شبکه ها و سیستم های مخابراتی

دو ویژگی ذاتی در توسعه مدرن فناوری ارتباطات است: شکل دیجیتالی نمایش همه سیگنال ها - صرف نظر از اینکه چه نوع اطلاعاتی توسط این سیگنال ها نشان داده می شود - گفتار، متن، داده یا تصویر. یکپارچه سازی خدمات، که تنها با تغییر ارتباطات به فناوری دیجیتال به طور کامل قابل تحقق است. ادغام سیستم های انتقال اطلاعات و سوئیچینگ وجود دارد، وظایف دستگاه های ترمینال و شبکه های ارتباطی به روشی جدید توزیع می شود. ترمینال های چند منظوره در حال ایجاد هستند که با دستگاه های تلفن و تلگراف متفاوت هستند، دستگاه های پایانه ای برای نمایش بصری داده ها، مناسب برای بیش از یک نوع اطلاعات. و در نهایت، شبکه ارتباطی امکان انتقال صدا، اطلاعات متنی، داده ها و تصاویر را از طریق همین ارتباط فراهم می کند: کاربر بدون توجه به نوع سرویس، از طریق «پریز ارتباط» به این شبکه دسترسی خواهد داشت.

با کمک این ابزارهای «انقلابی»، بهره‌وری و کارایی اقتصادی نیروی کار کل سازمان‌ها و افراد به‌طور چشمگیری افزایش یافت. نتیجه گیری خود نشان می دهد که اتحاد تلاش های سه صنعت - صنعت کامپیوتر ( فناوری اطلاعات، لوازم الکترونیکی مصرفی (صنعت سرگرمی) و ارتباطات راه دور - دستیابی به هدف اصلی - ایجاد زیرساخت اطلاعات جهانی (GII, GII) را نزدیکتر کرد.

هدف نهایی GII اطمینان از دسترسی هر مصرف کننده به جامعه اطلاعاتی است.

ویژگی های اساسی خاصی وجود دارد که یک GII باید برای برآوردن نیازهای مصرف کنندگان اطلاعات داشته باشد. به این ویژگی ها صفت می گویند. پیشنهاد شده

برای هر نوع پیام اطلاعاتی به طور سنتی از روش خاصی برای انتقال در شبکه استفاده می شود که با اصل تبدیل پیام به سیگنال مخابراتی و نوع ارتباطات (شکل ارتباط) مشخص می شود. بنابراین، برای انتقال اطلاعات صوتی، شکل پذیرفته شده ارتباط تلفنی است، برای انتقال تصاویر ثابت از فکس، برای تصاویر متحرک، تلویزیون استفاده می شود. داده به نوعی از پیام های رمزگذاری شده اطلاق می شود که روش انتقال آن بر اساس نمایش هر عنصر اطلاعاتی (حرف، کاراکتر، رقم) به صورت ترکیب کدی است که به صورت سیگنال از طریق شبکه ارسال می شود. برای پیام های رمزگذاری شده از روش تلگراف انتقال اطلاعات و انتقال داده استفاده می شود. اخیراً اشکال ارتباطی به اصطلاح "چند رسانه ای" - چند رسانه ای (ترجمه شده از انگلیسی. شوره دار- بسیاری از، رسانه ها- متوسط) برای انتقال همزمان صدا، تصویر و داده.

بسته به شکل ارتباط، سیستم های مخابراتی را می توان به سیستم های ارتباط تلفنی، ارتباطات فکس، پخش تلویزیونی، ارتباطات تلگراف، انتقال داده و غیره تقسیم کرد. بسته به رسانه انتقال سیگنال (مس، اتر، فیبر نوری) - به سیستم های مخابراتی و ارتباطات نوری، و همچنین ارتباطات سیمی با استفاده از رسانه هدایت (کابل های مسی و نوری)، و ارتباطات بی سیم، که در آن اتر برای انتقال سیگنال استفاده می شود. لازم است تأکید شود که چه چیزی همه این سیستم ها را در مفهوم کلی یک سیستم مخابراتی متحد می کند:

1. هدف کلی همه سیستم های ارتباطی ارائه خدمات به کاربران است.

2. همه سیستم های ارتباطی متعلق به نوع سیستم های توزیع شده هستند که جزء اصلی آن یک شبکه مخابراتی است که امکان استفاده از آن را به شما می دهد. اصول کلیبهینه سازی ساختاری چنین سیستم هایی

3. سیستم های ارتباطی مانند هر سیستم پیچیده ای را نمی توان جدا از محیط خارجی در نظر گرفت. زیر محیط خارجیمجموعه عناصری از هر ماهیتی را که در خارج از سیستم وجود دارند و تأثیرات خاصی بر آن دارند را درک کنند. در رابطه با هر سیستم ارتباطی، چنین عناصری شامل کاربرانی است که الزامات حجم خدمات مصرفی، فهرست، کیفیت آنها را تعیین می کنند و در نتیجه بر سیستم ارتباطی تأثیر می گذارند.

لازم به ذکر است که خود مفهوم «سیستم» در رابطه با شی واقعی که با آن همراه است انتزاعی است و می توان آن را به عنوان مدلی از شیء تعبیر کرد. این مدل به شما امکان می دهد مهم ترین اجزای شی را منعکس کنید و جزئیاتی را که از نظر هدف در نظر گرفتن آن بی اهمیت هستند حذف کنید. در این راستا، یک شیء واحد بسته به جنبه های در نظر گرفتن آن، می تواند توسط سیستم های مختلف به طور متفاوت مشخص شود.

هنگام در نظر گرفتن مدل های اکثر شبکه ها و سیستم های مخابراتی، مفاهیم پروتکل و رابط به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. پروتکل مجموعه ای از قوانین و قالب هایی است که تعامل اشیاء در سطوح شبکه را تعیین می کند، به عنوان مثال، "انسان - انسان"، "ترمینال - پایانه"، "کامپیوتر - کامپیوتر"، "فرآیند - فرآیند"، یعنی پروتکل ها. که ترتیب تعامل بین کاربران، پایانه ها، گره های شبکه یا شبکه های فردی را توصیف می کند. در این صورت باید از همان زبان، قواعد نحوی و قالب های اطلاعاتی یکسان استفاده شود. ساختار لایه مدل اجازه توسعه مستقل پروتکل ها را می دهد. هر لایه از مدل می تواند چندین پروتکل داشته باشد. تعامل سطوح مجاور توسط رابط ها ارائه می شود. واسط مجموعه ای از ابزارهای سخت افزاری و نرم افزاری است که برای ارتباط بین دستگاه ها، سیستم ها یا برنامه ها استفاده می شود. مجموعه ابزارهای تعامل بین دو سطح مجاور (رابط بین سطحی) حاوی قوانین تطبیق منطقی و الکتریکی و همچنین شرح مفصلی از قالب های پیام است.

شبکه های اطلاعاتی برای ارائه خدمات مربوط به تبادل اطلاعات، مصرف، پردازش، ذخیره و انباشت آن به کاربران طراحی شده اند. مصرف کننده اطلاعاتی که به شبکه اطلاعاتی دسترسی پیدا کرده است کاربر می شود. کاربران می توانند هم افراد و هم باشند اشخاص حقوقی(شرکت ها، سازمان ها، شرکت ها). استفاده از شبکه امکان دریافت اطلاعات را در مواقع مورد نیاز فراهم می کند. شبکه اطلاعاتی به مجموعه ای از سیستم های پایانی پراکنده جغرافیایی گفته می شود که در شبکه های مخابراتی ترکیب شده و دسترسی هر یک از این سیستم ها را به تمام منابع شبکه و استفاده جمعی از آنها فراهم می کند. توصیه می شود شبکه های مخابراتی را بر اساس نوع ارتباطات (شبکه های مخابراتی، ارتباطات نوری، ارتباطات تلفنی، انتقال داده، ارتباطات ریلی یا هوایی و غیره) تقسیم بندی کنید.

سیستم های پایانی شبکه اطلاعات را می توان به صورت زیر طبقه بندی کرد: - - ترمینال (سیستم ترمینال)فراهم کردن دسترسی به شبکه و منابع آن؛

کارگران (سرور، سیستم میزبان)،ارائه اطلاعات و منابع محاسباتی؛

اداری (سیستم مدیریت)،پیاده سازی مدیریت شبکه و بخش های جداگانه آن.

منابع شبکه اطلاعات به اطلاعات، پردازش و ذخیره سازی داده، نرم افزار و ارتباطات تقسیم می شوند.

منابع اطلاعاتی - این اطلاعات و دانش انباشته شده در تمام زمینه های علم، فرهنگ و جامعه و همچنین محصولات صنعت سرگرمی است. همه اینها یک سیستم است

در پایگاه داده های شبکه ای که کاربران شبکه با آن در تعامل هستند. این منابع ارزش مصرف کننده شبکه اطلاعات را تعیین می کنند و نه تنها باید دائما ایجاد و گسترش یابند، بلکه باید داده های قدیمی را نیز به موقع به روز کنند.

منابع پردازش و ذخیره سازیداده ها توسط عملکرد پردازنده تعیین می شود کامپیوترهای شبکهو مقدار وسایل ذخیره سازی آنها (ذخیره سازی) و همچنین مدت زمان استفاده از آنها.

منابع برنامهنرم افزار (نرم افزار) درگیر در ارائه خدمات به کاربران و همچنین برنامه هایی با عملکردهای مرتبط هستند. موارد اخیر عبارتند از: صدور فاکتور، حسابداری برای پرداخت خدمات، ناوبری (ارائه جستجوی اطلاعات در شبکه)، خدمات الکترونیکی شبکه صندوق های پستیسازماندهی پل برای کنفرانس از راه دور، تبدیل فرمت پیام های ارسالی، حفاظت رمزنگاری اطلاعات (کدگذاری و رمزگذاری)، احراز هویت ( امضای الکترونیکاسنادی که صحت آنها را تأیید می کند).

منابع ارتباطیدر انتقال اطلاعات و توزیع مجدد جریان ها در گره سوئیچینگ شرکت کنند. اینها شامل ظرفیت های خطوط ارتباطی، قابلیت های سوئیچینگ گره ها و همچنین مدت زمانی است که کاربر در تعامل با شبکه اشغال می کند. منابع ارتباطی بر اساس نوع TS طبقه‌بندی می‌شوند: شبکه تلفن سوئیچ‌شونده عمومی، شبکه داده سوئیچ بسته، شبکه ارتباطات سیار، شبکه‌های پخش تلویزیونی و رادیویی، شبکه دیجیتال خدمات یکپارچه و غیره.

شبکه های مخابراتی معمولاً با تعدادی شاخص ارزیابی می شوند که امکان کارایی انتقال اطلاعات را منعکس می کند. امکان انتقال اطلاعات به TS مربوط به درجه عملکرد آن است، یعنی عملکرد عملکردهای مشخص شده در حجم تعیین شده در سطح کیفی مورد نیاز در طول دورهی معینعملیات شبکه یا در هر نقطه از زمان. -> سلامت شبکه ارتباطی با مفاهیم قابلیت اطمینان و بقا تعیین می شود. تفاوت این مفاهیم به دلایل و عوامل مختل کننده عملکرد عادی شبکه و ماهیت تخلفات است.

قابلیت اطمینانیک شبکه ارتباطی ویژگی خود را برای ارائه ارتباطات، حفظ به موقع مقادیر "شاخص های کیفیت تعیین شده در شرایط عملیاتی داده شده" مشخص می کند. این نشان دهنده توانایی حفظ عملکرد یک شبکه ارتباطی تحت تأثیر عمدتاً عوامل داخلی است - خرابی تصادفی وسایل فنی ناشی از فرآیندهای قدیمی، نقص در فناوری ساخت یا خطاهای پرسنل تعمیر و نگهداری.

سرزندگییک شبکه ارتباطی توانایی خود را برای حفظ عملکرد کامل یا جزئی زمانی که در معرض عواملی خارج از شبکه قرار می گیرد و منجر به تخریب یا آسیب قابل توجهی به برخی از عناصر آن (نقاط و خطوط ارتباطی) می شود، مشخص می کند. دلایل مشابهرا می توان به دو دسته تقسیم کرد: خود جوشو حساب شده.عوامل طبیعی عبارتند از

مانند زلزله، رانش زمین، سیل رودخانه ها و غیره، و عمدی - حملات موشکی هسته ای، خرابکاری و غیره.

هنگام تجزیه و تحلیل توان یک وسیله نقلیه، مفاهیم تماس و پیام بسیار مهم هستند. تماس درخواستی برای اتصال بین دو کاربر شبکه برای ارسال پیام است. پیام- تبدیل کاربر به سیگنال های مخابراتی. با توجه به تفاوت تماس و پیام، می توان گفت که جریان تماس وارد گره شبکه یا بخشی از آن می شود و جریان پیام در شبکه های ارتباطی به گردش در می آید تا اطلاعات را به کاربر منتقل کند. نیاز به ارسال پیام از یک نقطه در شبکه به نقطه دیگر را می توان با گرانش بین این نقاط بیان کرد. جاذبه > مشخصه ارزیابی نیاز به انواع مختلفارتباط بین دو نقطه از شبکه و با حجم پیام هایی که باید در یک بازه زمانی معین از یک نقطه به نقطه دیگر تحویل داده شود تعیین می شود. از گرانش، که با حجم پیام ها یا مقدار اطلاعات بیان می شود، می توانید * گرانش را که با زمان اشغال خط ارتباطی (LS) بیان می شود، و از آن - به تعداد 1C مورد نیاز بروید. گرانش که بر اساس مقدار اطلاعات تعیین می شود، برای یک شبکه انتقال داده مناسب است و با توجه به زمان اشغال کانال تعیین می شود، برای یک شبکه تلفن و انواع مختلف شبکه های پخش مناسب است. زمان اشغال کانال با اشغال ساعت برای یک سال، یک روز یا یک ساعت مبارزه می شود. جاذبه بستگی به نوع اطلاعات، موقعیت جغرافیایی کاربران، ویژگی های آنها، روابط اقتصادی، فرهنگی و غیره دارد. تعیین بدون ابهام گرانش غیرممکن است، زیرا تحت تأثیر عوامل زیادی قرار دارد، بنابراین، دقت تخمین های گرانش معمولاً پایین است.

مقدار اطلاعات، که بین دو نقطه برای مدت زمان مشخصی ارسال می شود، با مجموع حجم همه پیام ها (با در نظر گرفتن موارد تکراری) یا حاصل ضرب تعداد پیام های ارسال شده - و حجم متوسط ​​یک پیام تعیین می شود. زمان اشغال خطوط یا دستگاه ها که بر حسب مشاغل ساعتی بیان می شود. با"- بار روی این خطوط یا دستگاه ها را به عنوان حاصل ضرب تعداد کل تماس های دریافتی * r میانگین مدت کلاس ها تعیین می کند. . شدت بار- این تعداد ساعات کار برای یک دوره زمانی معین است، به عنوان مثال، شلوغ ترین ساعت (PEH) یک بازه زمانی 60 دقیقه ای است که در طی آن بار روی شبکه بیشتر از هر دوره مشابه دیگری است. معمولاً از مفهوم شدت بار استفاده می شود، اگرچه برای سادگی اغلب به آن بار می گویند. واحد بی بعد شدت بار، ارلنگ نامیده می شود. یکی از ارلنگ شدت بار است سینوگودستگاه به مدت یک ساعت به طور مداوم اشغال می شود.

در مواردی که شبکه نمی تواند به بار ورودی سرویس دهد، منطقی است که در مورد میزان بار تحقق یافته در شبکه صحبت کنیم. مقدار بار تحقق یافته توسط توان عملیاتی شبکه ارتباطی تعیین می شود. در برخی موارد، توان عملیاتی کمی محاسبه می شود. به عنوان مثال، با مقدار حداکثر جریان اطلاعاتی که می توان بین یک جفت نقطه خاص از آن گذشت. بنابراین، پهنای باند بخش شبکه تعیین می شود که در هنگام تقسیم شبکه بین منبع و گیرنده به دو قسمت، گلوگاه است.

جریان پیام ها بین دو نقطه، توالی پیام هایی است که از یک نقطه به نقطه دیگر منتقل می شود. علاوه بر اطلاعات مفید، پیام های کنترلی و سیگنال دهی که برای کاربر ارزشی ندارند در شبکه مخابره می شوند. بارگذاری قابل توجهی شبکه های ارتباطی (بدون ایجاد اثر مفید) و تماس های مکرردر صورت عدم موفقیت در تماس اولیه. جریان پیام با دنباله ای از نقاط زمانی رسیدن هر پیام بعدی مشخص می شود. می توان جریان را بر حسب فواصل زمانی بین این لحظات بیان کرد. نوع جریان پیام را می توان با توزیع مدت زمان مشغول بودن دستگاه ها با هر پیام دریافتی نیز توصیف کرد. تمام جریان های در حال گردش در شبکه های ارتباطی به قطعی، تصادفی و مختلط تقسیم می شوند. جریان ها قطعی نامیده می شوند که لحظه های رسیدن و حجم پیام های آنها از قبل مشخص است. چنین جریان‌هایی تقریباً همه جریان‌های پخش (اعم از صوتی و تلویزیونی)، ارسال منظم گزارش‌های مختلف و غیره را شامل می‌شوند. برای جریان‌های تصادفی، لحظه‌های رسیدن، حجم پیام‌های فردی و آدرس‌های آنها از پیش تعیین نشده است و متغیرهای تصادفی هستند که با استفاده از توزیع‌های احتمالی توصیف می‌شوند. . این جریان ها شامل جریان هایی از پیام های تلفنی است. بسته به شرایط خاص، جریان‌های تصادفی می‌توانند بسیار متنوع باشند، با این حال، برای اکثر موارد عملی، می‌توان با استفاده از قوانین توزیع احتمالی شناخته شده، مدت‌های فواصل بین رسیدن دو پیام مجاور را تقریبی (توصیف) کرد. برای به دست آوردن یک مدل ریاضی از جریان. یک جریان مختلط دارای اجزای قطعی و تصادفی است.

1.2. مرزهای توسعه فن آوری های مخابراتی و خدمات ارتباطی

به منظور یافتن چشم انداز توسعه زیرساخت اطلاعات ملی اوکراین (NII) در چارچوب زیرساخت اطلاعات جهانی، لازم است درک کنیم که این فرآیند در جهان، در کشورهای صنعتی و در اوکراین چگونه پیش خواهد رفت. چه فناوری ها و خدمات جدید اطلاعات و ارتباطات در سال ها و دهه های آینده ارائه خواهد شد.

انقلاب اطلاعات به موتور پیشرفت کل جامعه تبدیل شده است. مدتهاست که شناخته شده است که انقلاب های علمی و فناوری (STR) به طور اساسی روش زندگی بشر و ظاهر جهان را به طور کلی تغییر داده است. نتیجه انقلاب علمی و فناوری افزایش شدید جمعیت بود که باید در دو قرن آینده انتظار داشت. بسیاری از دانشمندانی که در زمینه پیش‌بینی کار می‌کنند معتقدند که سه انقلاب علمی و فناوری باید در قرن 21-22 رخ دهد: 1 - اطلاعاتی، 2 - بیوتکنیکی، 3 - کوانتومی.

هر یک از این انقلاب ها به تغییرات شگرفی در جهان منجر خواهد شد. انقلاب اطلاعاتی فناوری اطلاعات را ایجاد خواهد کرد که به پایه فنی برای جهان تبدیل خواهد شد جامعه اطلاعاتی. انقلاب بیوتکنیکی مشکل تامین غذا برای جمعیت جهان را برطرف خواهد کرد و انقلاب کوانتومی منابع انرژی کارآمد و ایمن جدیدی ایجاد خواهد کرد.

انقلاب اطلاعاتی (پایان قرن بیستم - آغاز قرن بیست و یکم) چهره ارتباطات اطلاعاتی را به طور قابل توجهی تغییر داده است. عوامل اصلی در توسعه ارتباطات اطلاعاتی قرن بیست و یکم، اقتصاد، فناوری ها و خدمات هستند.

فناوری ها و خدمات ارتباطات اطلاعاتی مشتقات اقتصاد هستند. به نوبه خود، سطح توسعه فن آوری ها و خدمات به سطح پیشرفت علمی و فناوری و اجرای آنها بستگی دارد - به سطح اقتصاد و اول از همه به تقاضای حلال جمعیت برای خدمات ارتباطی خاص.

پنج نقطه عطف عمده در توسعه تاریخی شبکه‌ها و خدمات ارتباطی وجود دارد (شکل 1.3). هر نقطه عطفی منطق توسعه خود را دارد که با مراحل قبلی و بعدی ارتباط دارد.

علاوه بر این، هر نقطه عطف به سطح توسعه اقتصادی و ویژگی های ملی یک دولت خاص بستگی دارد.

مرز اول- ساخت یک شبکه تلفن عمومی (PSTN، PSTN - شبکه تلفن سوئیچ شده عمومی).برای مدت طولانی، هر ایالت شبکه تلفن عمومی آنالوگ ملی خود را ایجاد کرد. ارتباط تلفنی به جمعیت، موسسات، بنگاه ها و مقایسه با آنها توصیه شد سرویس تک- انتقال پیام های زبانی در آینده، انتقال داده ها از طریق شبکه های تلفنی با استفاده از مودم شروع شد. با این حال، حتی امروز، تلفن به عنوان اصلی ترین سرویس ارتباطی باقی مانده است که بیش از 80 درصد از سود را برای اپراتورهای مخابراتی به ارمغان می آورد.

مرز دوم- دیجیتالی شدن شبکه تلفن برای بهبود کیفیت خدمات ارتباطی، افزایش تعداد آنها، افزایش سطح اتوماسیون کنترل و تجهیزات تکنولوژیکی در کشورهای صنعتی در دهه 1970، کار بر روی دیجیتالی کردن شبکه های ارتباطی اولیه و ثانویه انجام شد. شبکه های دیجیتال یکپارچه ایجاد شد IDN (شبکه دیجیتال یکپارچه)،که عمدتاً خدمات تلفنی مبتنی بر سیستم های سوئیچینگ و انتقال دیجیتال ارائه می دهند. در حال حاضر، در بسیاری از کشورها، دیجیتالی شدن شبکه های تلفنعملا به پایان رسید

مرز سوم- یکپارچه سازی خدمات دیجیتالی شدن شبکه های ارتباطی نه تنها امکان ارتقای کیفیت خدمات، بلکه حرکت به سمت افزایش تعداد آنها را از طریق یکپارچه سازی ممکن ساخته است. این گونه بود که مفهوم شبکه دیجیتال باند باریک با ادغام خدمات N-ISDN متولد شد (شبکه دیجیتال یکپارچه Srsice باند باریک).به کاربر (مشترک) این شبکه دسترسی اولیه (2B + D) ارائه می شود که از طریق آن اطلاعات از طریق سه کانال دیجیتال ارسال می شود: دو کانال. ATبا سرعت انتقال 64 کیلوبیت بر ثانیه و کانال D با سرعت 16 کیلوبیت بر ثانیه. دو کانال ATبرای انتقال پیام ها و داده های زبان، کانال استفاده می شود هفتم- برای سیگنال دهی و برای انتقال داده در حالت سوئیچینگ بسته. برای کاربر با نیازهای بیشتر، دسترسی اولیه می تواند فراهم شود که شامل (30 B + D) کانال است. مفهوم N-ISDN حدود 20 سال است که وجود داشته است، اما به دلایل متعدد در جهان توزیع گسترده ای دریافت نکرده است. اول اینکه، تجهیزات N-ISDN برای تبدیل شدن به جریان اصلی بسیار گران است. در مرحله دوم، کاربر به طور مداوم برای سه پرداخت می کند کانال های دیجیتال; ثالثاً، لیست خدمات /U-/50L/ بیش از نیازهای کاربر انبوه است. به همین دلیل است که یکپارچه سازی خدمات با مفهوم شبکه هوشمند جایگزین می شود.

در همان دوره، شبکه‌هایی با سیستم‌های تلفن همراه PLMN ( شبکه موبایل زمین عمومی) و فناوری های خدمات شبکه داده مبتنی بر سوئیچینگ مدار و بسته: X.25، IP (پروتکل اینترنت) , GR (فریم رله)، 1R-تلفن، ایمیل و غیره

مرز چهارم- شبکه هوشمند /N (شبکه هوشمند).تاریخچه این شبکه معمولاً از سال 1980 محاسبه می شود، زمانی که شرکت Bell System (ایالات متحده آمریکا) کارهایی را برای بهبود سرویس به نام "سرویس 800" انجام داد. این سرویس عمدتاً برای شارژ تماس های طولانی مدت با مشترک تماس گیرنده در نظر گرفته شده است و کاربرد گسترده ای در بخش خدمات و تجارت پیدا کرده است. از سال 1993، IN در چارچوب این مفهوم در حال توسعه است TINA (معماری شبکه اطلاعات مخابراتی)برای حفظ معماری مشتری-سرور. این شبکه برای ارائه خدمات اطلاعاتی سریع، کارآمد و مقرون به صرفه به کاربران انبوه طراحی شده است. خدمات لازم در زمان و زمانی که کاربر به آن نیاز دارد به او ارائه می شود. بر این اساس وی موظف به پرداخت هزینه خدمات ارائه شده در این مدت است. بنابراین، سرعت و کارایی سرویس مقرون به صرفه بودن آن را فراهم می کند، زیرا اگر کاربر از کانال ارتباطی برای مدت زمان بسیار کوتاه تری استفاده کند، این امکان را به او می دهد تا هزینه ها را کاهش دهد. این تفاوت اساسی بین شبکه هوشمند و شبکه های قبلی است، یعنی انعطاف پذیری و مقرون به صرفه بودن ارائه خدمات.

مرز پنجم- پهنای باند B-ISND (شبکه دیجیتال خدمات یکپارچه درودباند)پس از سال 1980 پیشگام توسعه خدمات چندرسانه ای مبتنی بر فناوری بود دستگاه خودپرداز (- سوئیچینگ بسته با طول ثابت (53 بایت): جستجوی محاوره ای، اطلاعاتی و توزیعی. سرویس های گفتگو خدماتی را برای انتقال اطلاعات (خدمات تلفن، سرویس گفتار، ویدئو کنفرانس و غیره) ارائه می دهند. خدمات بازیابی اطلاعات(خدمات درخواستی) کاربر را قادر می سازد تا اطلاعاتی را از انواع بانک های داده به دست آورد. سرویس‌های توزیع، با یا بدون کنترل کاربر بر روی ارائه اطلاعات، می‌توانند اطلاعات را از یک منبع مشترک به تعداد نامحدودی از مشترکینی که حق دسترسی دارند ارسال کنند (داده‌ها، متن، تصاویر متحرک و ثابت، صدا، گرافیک و غیره). . عمل ارتباطات تجاری نه تنها شامل تماس های کنفرانسی، بلکه ویدئو کنفرانس نیز می شود و به شما امکان می دهد بدون اتلاف وقت و هزینه در سفر، اطلاعات خود را مبادله کنید.

به نوبه خود، کاهش هزینه های هر کاربر برای خدمات جدید باید تقاضا برای آنها را افزایش دهد، یعنی منجر به افزایش سود ارائه دهندگان خدمات شود. افزایش متناظر در تقاضا برای خدمات منجر به افزایش عرضه خواهد شد تجهیزات لازم، که باعث افزایش سود تامین کنندگان تجهیزات خواهد شد. بنابراین، انعطاف پذیری ارائه خدمات با استفاده از فناوری های مدرن، منافع اقتصادی سه طرف را گرد هم می آورد: کاربران، ارائه دهندگان خدمات و تامین کنندگان تجهیزات.

سوالات تستی

1. ویژگی های توسعه فناوری ارتباطات را در مرحله حاضر نشان دهید.

2. یکپارچه سازی ارتباطات چیست؟

3. دستگاه های ترمینال چند منظوره را شرح دهید.

4. زیرساخت اطلاعات جهانی را تعریف کنید.

5. برای اجرای مفهوم زیرساخت اطلاعات جهانی چه چیزی لازم است؟

6. هنگام ایجاد استاندارد زیرساخت اطلاعات جهانی چه ویژگی ها (ویژگی ها) را باید در نظر گرفت؟

7. اصول و هدف زیرساخت اطلاعات جهانی را توضیح دهید.

8. مشخصات اصلی زیرساخت اطلاعات جهانی را مشخص کنید.

9. ویژگی های ساخت شبکه اطلاعاتی را فهرست کنید.

10. ساختار شبکه اطلاعاتی را توضیح دهید.

11. منابع شبکه اطلاعات را شرح دهید.

12. سیستم های مخابراتی بسته به نوع ارتباط چگونه تقسیم می شوند؟

13. چه شاخص هایی از یک شبکه مخابراتی کارایی آن را در انتقال اطلاعات مشخص می کند؟

14. مفاهیم پروتکل و رابط را در شبکه های اطلاعاتی تعریف کنید.

15. قابلیت اطمینان یک شبکه ارتباطی چیست؟

16. مفهوم بقای ارتباط را توضیح دهید; عواملی را که به آن بستگی دارد فهرست کنید.

17. پهنای باند شبکه مخابراتی را شرح دهید.

18. چالش چیست؟

19- منظور در شبکه مخابراتی از مفهوم پیام چیست؟

20. چه پارامترهایی میزان اطلاعات را تعیین می کنند؟

21. واحدهای اندازه گیری بار تلفن و شدت آن چیست.

22. جریان پیام چیست؟ مثال زدن.

23. چه اطلاعاتی مفید نامیده می شود؟ انواع دیگر را نام ببرید.

24. مشخصه جریان پیام ها چیست؟

25. جریان های در حال گردش در شبکه های ارتباطی را نام ببرید و مشخص کنید.

26. چه نامیده می شوند جریان اطلاعات، اگر لحظه دریافت و حجم پیام ها از قبل مشخص باشد؟ مثال زدن.

27. مفهوم "گرانش" در یک شبکه ارتباطی به چه معناست؟

28. UNSSU، موسسه تحقیقاتی اوکراین، زیرساخت اطلاعات جهانی را توصیف کنید.

29. نقاط عطف اصلی در توسعه شبکه ها و خدمات ارتباطی را توضیح دهید.

30. شبکه پهن باند B-ISDN چه ویژگی هایی دارد؟