telekomunikácie - komunikácia na diaľku (lat.)

Komunikácia( proces výmeny informácií) je nevyhnutnou podmienkou existencie živých organizmov, ekologických spoločenstiev a ľudskej spoločnosti. Spoločenský rozvoj je sprevádzaný rozvojom telekomunikačných technológií. Telekomunikačné technológie sa v posledných desaťročiach obzvlášť intenzívne rozvíjajú.

Telekomunikácie možno definovať ako technológie zaoberajúce sa komunikáciou na diaľku a to možno vysvetliť rôzne cesty. Obrázok 8.2 ukazuje jeden z možných pohľadov na rôzne časti telekomunikácií.

Obrázok 8.2. Telekomunikácie: formy a typy

Telekomunikácie sa delia na dva typy: jednosmerné a obojsmerné. Jednosmerné, ako je masové vysielanie a televízne vysielanie, zahŕňajú prenos informácií jedným smerom - z centra k účastníkom. Obojsmerná podpora dialógu medzi dvoma účastníkmi.

Telekomunikácie využívajú mechanické a elektrické prostriedky, pretože telekomunikácie sa historicky vyvinuli z mechanickej do elektrickej formy, využívajúc stále zložitejšie elektrické systémy. To je dôvod, prečo mnohí tradiční operátori v telekomunikáciách, ako sú národné poštové, telegrafné a telefónne spoločnosti, používajú obe formy. Očakáva sa zníženie podielu mechanických telekomunikácií ako je bežná pošta a tlač (distribúcia novín), zatiaľ čo podiel elektrických, najmä obojsmerných, sa bude zvyšovať a v budúcnosti sa stane hlavným. Už v našej dobe sa korporácie a tlač zaujímajú predovšetkým o elektrotelekomunikácie (telekomunikácie) ako o výhodnú obchodnú príležitosť.

Pozdĺž okrajov na obrázku 8.2. sú zobrazené telekomunikačné služby, spočiatku mechanické: tlač (preposielanie novín), pošta; potom elektrické: telegraf, telex (predplatiteľský telegraf), telefón, rozhlas, televízia, počítačové siete, prenajaté siete, káblová televízia a mobilné telefóny.

Približne v tomto poradí sa historicky rozvíjali telekomunikácie.

Telekomunikačný systém- súbor technických objektov, organizačných opatrení a subjektov, ktoré realizujú procesy pozostávajúce z: procesov pripojenia, procesov prenosu a procesov prístupu.

Telekomunikačné systémy využívajú na výmenu informácií prirodzené alebo umelé prostredie. Telekomunikačné systémy spolu s médiom, ktoré sa používa na prenos, tvoria telekomunikačné siete. Najdôležitejšie telekomunikačné siete sú (obr. 8.2.): Poštová služba; verejná telefónna sieť (PSTN); mobilné telefónne siete; telegrafná sieť; Internet - globálna sieť interakcie počítačových sietí; drôtová vysielacia sieť; siete káblovej televízie; televízne a rozhlasové vysielacie siete; rezortné komunikačné siete, ktoré poskytujú komunikačné služby vládnym agentúram, systémy riadenia leteckej a námornej dopravy, veľké priemyselné komplexy; globálne siete záchrany a bezpečnosti.

Vyššie uvedené telekomunikačné systémy sú spravidla úzko prepojené a na komunikáciu využívajú spoločné zdroje. Na organizovanie takejto interakcie v každom štáte av globálnom meradle existujú špeciálne orgány, ktoré regulujú využívanie spoločných zdrojov; definovať všeobecné pravidlá interakcie (protokoly) telekomunikačných systémov; rozvíjať pokročilé telekomunikačné technológie.

Na realizáciu komunikácie na diaľku používajú telekomunikačné systémy: spínacie systémy; prenosové systémy; systémy prístupu a kontroly prenosových kanálov.

1. Princípy budovania bezdrôtových telekomunikačných systémov

1.1 Architektúra bunkových komunikačných systémov.

1.2 Služba účastníka sieťou.

1.3 Metódy oddeľovania účastníkov v celulárnej komunikácii

1.4 Štandard DECT pre komunikáciu.

1.5 štandardy Bluetooth, Wi-Fi (802.11, 802.16).

2. Systémy komplexné signály pre telekomunikačné systémy.

2.1 Spektrá signálu

2.2 Korelačné vlastnosti signálov

2.3 Typy komplexných signálov

2.4 Odvodené signálne systémy

3. Modulácia komplexných signálov

3.1 Geometrické znázornenie signálov

3.2 Metódy fázového kľúčovania signálov (FM2, FM4, OFM).

3.3 Modulácia s minimálnym frekvenčným posunom.

3.4 Kvadratúrna modulácia a jej charakteristiky (QPSK, QAM).

3.5 Implementácia kvadratúrnych modemov.

4. Charakteristika príjmu signálu v telekomunikačných systémoch.

4.1 Pravdepodobnosť diskriminačných chýb M známych signálov

4.2 Pravdepodobnosť chýb pri rozlišovaní M kolísavých signálov.

4.3 Výpočet diskriminačných chýb M signálov s neznámymi

neenergetické nastavenia.

4.4 Porovnanie synchrónnych a asynchrónnych komunikačných systémov.

5. Záver.

6. Referencie

1. Princípy budovania bezdrôtových telekomunikačných systémov

1.1 Architektúra bunkových komunikačných systémov

Bunkový komunikačný systém je komplexný a flexibilný technický systém, ktorý umožňuje širokú škálu možností konfigurácie a súboru vykonávaných funkcií. Príkladom zložitosti a flexibility systému je, že dokáže prenášať reč aj iné typy informácií, najmä textové správy a počítačové dáta. Z hľadiska prenosu hlasu je to zase bežná obojsmerná telefonická komunikácia, multilaterálna telefonická komunikácia (tzv. konferenčný hovor - na konverzácii sa zúčastňujú viac ako dvaja účastníci súčasne), hlasová pošta. Pri organizovaní normálneho obojsmerného telefonického rozhovoru, počnúc hovorom, sú možné režimy automatického opakovaného vytáčania, čakania hovoru, presmerovania hovorov.

Bunkový komunikačný systém je zostavený ako súbor buniek alebo buniek pokrývajúcich oblasť služieb, ako je napríklad metropolitná oblasť. Bunky sú zvyčajne schematicky znázornené vo forme pravidelných rovnako veľkých šesťuholníkov (obr. 1.1.), čo bolo vzhľadom na podobnosť s včelím plástom dôvodom na označenie systému ako bunkové. Bunková alebo bunková štruktúra systému priamo súvisí s princípom opätovného použitia frekvencie - základným princípom bunkového systému, ktorý určuje efektívne využitie vyhradený frekvenčný rozsah a vysoká kapacita systému.

Ryža. 1.1. Bunky (bunky) systému pokrývajúce celú oblasť služieb.

V strede každej bunky je základňová stanica obsluhujúca všetky mobilné stanice (účastnícke rádiotelefónne prístroje) v rámci jej bunky (obr. 1.2.). Keď sa účastník presunie z jednej bunky do druhej, jeho služba sa prenesie z jednej bunky Základná stanica inému. Všetky základňové stanice systému sú zase pripojené k ústredni, z ktorej je prístup k prepojenej komunikačnej sieti (VSS) Ruska, najmä ak sa to stane v meste, prístup k bežnej mestskej káblovej sieti. telefonickú komunikáciu.

Ryža. 1.2. Jedna bunka so základňovou stanicou v strede obsluhuje všetky mobilné stanice v bunke.

Na obr. 1.3. je uvedený funkčný diagram zodpovedajúci opísanej štruktúre.

Ryža. 1.3. Zjednodušená funkčná schéma mobilného komunikačného systému: BS - základňová stanica; PS - mobilná stanica (účastnícky rádiotelefón).

V skutočnosti bunky nikdy nie sú striktne geometrické. Reálne hranice buniek majú podobu nepravidelných kriviek v závislosti od podmienok šírenia a útlmu rádiových vĺn, t.j. na terén, charakter a hustotu vegetácie a budov a podobné faktory. Okrem toho hranice buniek vo všeobecnosti nie sú dobre definované, pretože hranica odovzdania mobilnej stanice z jednej bunky do druhej sa môže do určitej miery posunúť so zmenami v podmienkach šírenia rádiových vĺn a v závislosti od smeru pohybu mobilnej stanice. Podobne poloha základňovej stanice sa len približne zhoduje so stredom bunky, čo navyše nie je také ľahké jednoznačne určiť, ak má bunka nepravidelný tvar. Ak základňové stanice používajú smerové (nie izotropné v horizontálnej rovine) antény, potom základňové stanice v skutočnosti končia na hraniciach buniek. Ďalej môže bunkový komunikačný systém obsahovať viac ako jedno spínacie centrum, čo môže byť spôsobené vývojom vývoja systému alebo obmedzenou kapacitou prepínača. Je možné napríklad štruktúru systému typu znázorneného na obr. 1.4. - s niekoľkými spínacími centrami, z ktorých jedno sa môže podmienečne nazývať "hlava" alebo "vedúca".

Ryža. 1.4. Mobilný komunikačný systém s dvoma spojovacími centrami.

Zoberme si mobilnú stanicu, ktorá je najjednoduchším prvkom mobilného komunikačného systému z hľadiska funkčnosti a dizajnu a okrem toho je to jediný prvok systému, ktorý je skutočne dostupný používateľovi.

Bloková schéma mobilnej stanice je znázornená na obr. 1.5. Skladá sa to z:

Riadiaci blok;

Vysielač a prijímač;

Anténny blok.

Ryža. 1.5. Bloková schéma mobilnej stanice (účastnícky rádiotelefón).

Jednotka vysielača a prijímača zase obsahuje vysielač, prijímač, frekvenčný syntetizátor a logickú jednotku.

Anténna jednotka má najjednoduchšie zloženie: obsahuje samotnú anténu a prepínač prijímania a vysielania. Tým posledným pre digitálnu stanicu môže byť elektronický spínač, ktorý pripája anténu buď k výstupu vysielača alebo k vstupu prijímača, pretože mobilná stanica digitálneho systému nikdy neprijíma a nevysiela súčasne.

Súčasťou riadiacej jednotky je slúchadlo - mikrofón a reproduktor, klávesnica a displej. Klávesnica (vytáčacie pole s numerickými a funkčnými tlačidlami) slúži na vytáčanie telefónneho čísla volaného účastníka, ako aj príkazov, ktoré určujú prevádzkový režim mobilnej stanice. Displej slúži na zobrazenie rôznych informácií poskytovaných zariadením a prevádzkovým režimom stanice.

Transceiver je oveľa komplikovanejší.

Vysielač obsahuje:

Analógovo-digitálny prevodník (ADC) - konvertuje signál z výstupu mikrofónu do digitálnej podoby a celé následné spracovanie a prenos rečového signálu sa vykonáva v digitálnej forme až po spätnú digitálno-analógovú konverziu;

Kódovač reči kóduje rečový signál, teda konvertuje digitálny signál podľa určitých zákonov, aby sa znížila jeho redundancia, t.j. aby sa znížilo množstvo informácií prenášaných cez komunikačný kanál;

Kanálový kódovač – pridáva do digitálny signál, získané z výstupu kodéra reči, dodatočné (nadbytočné) informácie určené na ochranu pred chybami pri prenose signálu cez komunikačnú linku; na ten istý účel sú informácie podrobené určitému prebaleniu (násobeniu); okrem toho kanálový kódovač zavádza riadiace informácie z logického bloku do prenášaného signálu;

Modulátor - vykonáva prenos informácie kódovaného video signálu na nosnú frekvenciu.

Zloženie prijímača v podstate zodpovedá vysielaču, ale s inverznými funkciami jeho základných blokov:

Demodulátor extrahuje z modulovaného rádiového signálu kódovaný video signál nesúci informáciu;

Kanálový dekodér extrahuje riadiace informácie zo vstupného toku a posiela ich do logického bloku; prijaté informácie sa skontrolujú na chyby a vybrané chyby sa podľa možnosti opravia; pred ďalším spracovaním sa prijaté informácie podrobia spätnému (s ohľadom na kódovač) prebaleniu;

Rečový dekodér obnovuje rečový signál prichádzajúci k nemu z kanálového dekodéra, konvertuje ho do prirodzenej formy s vlastnou redundanciou, ale v digitálnej forme;

Digitálno-analógový prevodník (DAC) konvertuje prijatý rečový signál na analógovú formu a privádza ho do výstupu reproduktora;

Ekvalizér slúži na čiastočnú kompenzáciu skreslenia signálu v dôsledku viaccestného šírenia; v podstate ide o adaptívny filter, ktorý je vyladený podľa trénovacej sekvencie symbolov, ktorá je súčasťou prenášaných informácií; blok ekvalizéra nie je vo všeobecnosti funkčne potrebný av niektorých prípadoch môže chýbať.

Pre kombináciu kodéra a dekodéra sa niekedy používa názov kodek.

Okrem vysielača a prijímača obsahuje jednotka transceiveru logickú jednotku a frekvenčný syntetizátor. Logickou jednotkou je v skutočnosti mikropočítač s vlastnou operačnou a trvalou pamäťou, ktorý riadi chod mobilnej stanice. Syntetizátor je zdrojom oscilácií nosnej frekvencie používaných na prenos informácií cez rádiový kanál. Prítomnosť lokálneho oscilátora a frekvenčného meniča je spôsobená tým, že na vysielanie a príjem sa používajú rôzne časti spektra.

Bloková schéma základnej stanice je znázornená na obr. 1.6.

Ryža. 1.6. Bloková schéma základňovej stanice.

Prítomnosť niekoľkých prijímačov a rovnakého počtu vysielačov umožňuje súčasnú prevádzku na niekoľkých kanáloch s rôznymi frekvenciami.

Rovnomenné prijímače a vysielače majú spoločné laditeľné referenčné oscilátory, ktoré zabezpečujú ich koordinované ladenie pri prepínaní z jedného kanálu na druhý. Pre zabezpečenie súčasnej prevádzky N prijímačov pre jeden príjem a N vysielačov pre jednu vysielaciu anténu je medzi prijímaciu anténu a prijímače inštalovaný výkonový delič pre N výstupov a medzi vysielače a vysielaciu anténu je inštalovaný výkonový delič pre N vstupov. .

Prijímač a vysielač majú rovnakú štruktúru ako v mobilnej stanici, až na to, že tu nie je žiadny DAC a ADC, pretože vstupný signál vysielača aj výstupný signál prijímača sú digitálne.

Jednotka rozhrania komunikačnej linky zabalí informácie prenášané cez komunikačnú linku do ústredne a rozbalí informácie prijaté z nej.

Ovládač základňovej stanice, ktorý je dostatočne výkonným a dokonalým počítačom, zabezpečuje kontrolu nad prevádzkou stanice, ako aj sledovanie výkonu všetkých jej jednotiek a uzlov.

Ústredňa je mozgové centrum a zároveň dispečing bunkového komunikačného systému, do ktorého sú uzavreté informačné toky zo všetkých základňových staníc a cez ktoré je zabezpečený prístup k ďalším komunikačným sieťam - pevná telefónna sieť, diaľková komunikačné siete, satelitné komunikácie a iné mobilné siete.

Bloková schéma spínacieho centra je znázornená na obr. 1.7. Prepínač vykonáva prepínanie informačných tokov medzi zodpovedajúcimi komunikačnými linkami. Môže najmä usmerňovať tok informácií z jednej základnej stanice do druhej alebo zo základnej stanice do pevnej komunikačnej siete alebo naopak.

Prepínač je pripojený ku komunikačným linkám prostredníctvom príslušných komunikačných radičov, ktoré vykonávajú medzispracovanie (zbalenie/rozbalenie, ukladanie do vyrovnávacej pamäte) informačných tokov. Všeobecné riadenie prevádzky ústredne a systému ako celku sa vykonáva z centrálneho ovládača, ktorý má výkonný softvér. Práca ústredne zahŕňa aktívnu účasť operátorov, preto centrum zahŕňa príslušné terminály, ako aj prostriedky na zobrazovanie a zaznamenávanie (dokumentovanie) informácií. Operátor zadáva údaje o predplatiteľoch a ich prevádzkových podmienkach, počiatočné údaje o prevádzkových režimoch systému.

Ryža. 1.7. Bloková schéma ústredne.

Dôležitými prvkami systému sú databázy – domáci register, register hostí, autentifikačné centrum, hardvérový register. Domovský register obsahuje informácie o všetkých účastníkoch zaregistrovaných v tomto systéme a o typoch služieb, ktoré im možno poskytnúť. Miesto účastníka je tu tiež pevne stanovené na organizovanie jeho hovoru a zaznamenávajú sa skutočne poskytnuté služby. V registri hostí sú približne rovnaké informácie o predplatiteľoch – hosťoch (roameroch), t.j. o predplatiteľoch zaregistrovaných v inom systéme, ktorí však v súčasnosti využívajú služby mobilnej komunikácie v tomto systéme. Autentifikačné centrum poskytuje postupy na overovanie odberateľov a šifrovanie správ. Hardvérový register, ak existuje, obsahuje informácie o mobilných staniciach v prevádzke pre ich prevádzkyschopnosť a oprávnené použitie.

1.2 Predplatiteľská služba sieťou

Rozhranie - systém signálov, prostredníctvom ktorých sú zariadenia mobilného komunikačného systému navzájom prepojené. Každý mobilný štandard používa niekoľko rozhraní (odlišných v rôznych štandardoch).

Zo všetkých rozhraní používaných v celulárnej komunikácii jedno zaujíma špeciálne miesto - je to výmenné rozhranie medzi mobilnou a základňovou stanicou. Nazýva sa to vzduchové rozhranie. Pozemné rozhranie sa nevyhnutne používa v akomkoľvek celulárnom komunikačnom systéme, s akoukoľvek jeho konfiguráciou a v jedinom možnom variante pre jeho štandard celulárnej komunikácie.

On-air rozhranie systému D-AMPS štandardu IS-54 je pomerne jednoduché (obr. 1.8.).

Prevádzkový kanál je kanál na prenos hlasu alebo dát. Prenos informácií v prevádzkovom kanáli je organizovaný po sebe nasledujúcimi rámcami s trvaním 40 ms. Každý rámec pozostáva zo šiestich časových intervalov - slotov; trvanie slotu (6,67 ms) zodpovedá 324 bitom. Pri kódovaní s plnou rýchlosťou sú dva sloty alokované pre jeden hovorový kanál v každom rámci, t.j. 20-milisekundový segment reči je zabalený do jedného slotu, ktorý je tretinový. Pri kódovaní s polovičnou rýchlosťou je jednému rečovému kanálu priradený jeden slot v rámci, t.j. balenie rečového signálu je dvakrát také husté ako pri kódovaní s plnou rýchlosťou.

Obr.1.8. Štruktúra rámca a slotu systému D-AMPS (dopravný kanál; štandard IS-54): Dáta – rečová informácia; Sync(Sc) – synchronizačná (tréningová) sekvencia; SACCH – informácia o pomalom zarovnaní riadiaceho kanála; CDVCC(CC) - kódovaný digitálny farebný potvrdzovací kód; G - ochranný polotovar; R je predný interval impulzu vysielača; V,W,X,Y - hexadecimálne nuly; Res - rezerva.

Slot má mierne odlišnú štruktúru v prednom prevádzkovom kanáli - od základnej stanice k mobilnej stanici a v spätnom prevádzkovom kanáli - od mobilnej stanice k základňovej stanici. V oboch prípadoch je na prenos reči pridelených 260 bitov. Ďalších 52 bitov zaberajú riadiace a pomocné informácie. Zahŕňa: 28-bitovú trénovaciu sekvenciu používanú na identifikáciu slotu v rámci, časovanie slotu a ladenie ekvalizéra; 12-bitová signalizačná (monitorovacia a riadiaca) správa SACCH; Pole 12-bitového kódovaného digitálneho farebného kódu (CDVCC) používané na identifikáciu mobilnej stanice, keď jej signál prijíma základňová stanica (kód prideľuje základňová stanica individuálne pre každý kanál, t. j. pre každú mobilnú stanicu a prenáša ho späť do základňovej stanice).

Zvyšných 12 bitov sa v doprednom kanáli (rezerva) nevyužíva a v spätnom kanáli slúži ako ochranný interval, počas ktorého sa neprenášajú žiadne užitočné informácie.

V počiatočnej fáze nadväzovania spojenia sa používa skrátený slot, v ktorom sa synchronizačná sekvencia a kód CDVCC mnohokrát opakujú oddelené nulami rôznych dĺžok. Na konci skráteného slotu je dodatočná ochranná záslepka. Mobilná stanica vysiela krátke úseky, kým základňová stanica nezvolí požadované časové oneskorenie, určené vzdialenosťou medzi mobilnou stanicou a základňovou stanicou.

Existuje niekoľko komunikačných kanálov: frekvenčný, fyzický a logický.

Frekvenčný kanál je frekvenčné pásmo pridelené na prenos informácií jedného komunikačného kanála. Do jedného frekvenčného kanála možno umiestniť niekoľko fyzických kanálov, napríklad pri metóde TDMA.

Fyzický kanál v systéme s viacnásobným prístupom s časovým delením (TDMA) je časový úsek so špecifickým číslom v sekvencii rámcov vzdušného rozhrania.

Logické kanály sú rozdelené podľa typu prenášaných informácií vo fyzickom kanáli na prevádzkový kanál a riadiaci kanál. Riadiaci kanál prenáša signalizačné informácie vrátane riadiacich informácií a informácií o monitorovaní stavu zariadenia a prevádzkový kanál prenáša hlas a dáta.

(Premávka je súbor správ prenášaných cez komunikačnú linku).

Zvážte prevádzku mobilnej stanice v rámci jednej bunky jej („domáceho“) systému bez odovzdania. V tomto prípade možno prevádzku mobilnej stanice rozdeliť do štyroch etáp, ktoré zodpovedajú štyrom režimom prevádzky:

Zapnutie a inicializácia;

Pohotovostný režim;

Režim nadviazania komunikácie (hovoru);

Spôsob komunikácie (telefonický rozhovor).

Po zapnutí mobilnej stanice sa vykoná inicializácia - úvodný štart. Počas tejto fázy je mobilná stanica nakonfigurovaná tak, aby pracovala ako súčasť systému - podľa signálov pravidelne vysielaných základňovými stanicami na príslušných riadiacich kanáloch, po ktorých mobilná stanica prejde do pohotovostného režimu.

V pohotovostnom režime mobilná stanica monitoruje:

Zmeny v systémových informáciách - tieto zmeny môžu byť spojené tak so zmenami v režime prevádzky systému, ako aj s pohybmi samotnej mobilnej stanice;

Systémové príkazy – napríklad príkaz na potvrdenie jeho výkonu;

Prijímanie hovoru zo systému;

Inicializácia hovoru vlastným účastníkom.

Okrem toho môže mobilná stanica periodicky, napríklad raz za 10...15 minút, potvrdiť svoju prevádzkyschopnosť vysielaním vhodných signálov do základnej stanice. V ústredni pre každú zo zahrnutých mobilných staníc je pevná bunka, v ktorej je „registrovaná“, čo uľahčuje organizáciu postupu pri volaní mobilného účastníka.

Ak zo systému prichádza hovor na číslo mobilného účastníka, ústredňa presmeruje tento hovor na základňovú stanicu bunky, v ktorej je mobilná stanica „registrovaná“, alebo na niekoľko základňových staníc v blízkosti tejto bunky, berúc do úvahy možný pohyb účastníka v priebehu času, ktorý uplynul od okamihu poslednej "registrácie", a základňové stanice ho vysielajú na príslušných volacích kanáloch. Mobilná stanica, ktorá je v nečinnom režime, prijme hovor a odpovie naň prostredníctvom svojej základňovej stanice, pričom súčasne odošle údaje potrebné na vykonanie autentifikačnej procedúry. O pozitívny výsledok Pri autentifikácii je priradený prevádzkový kanál a mobilná stanica je informovaná o zodpovedajúcom čísle frekvenčného kanálu. Mobilná stanica sa naladí na vyhradený kanál a spolu so základňovou stanicou vykoná potrebné kroky na prípravu komunikačnej relácie. V tejto fáze sa mobilná stanica naladí na zadané číslo slotu v rámci, upraví časové oneskorenie, nastaví úroveň vyžarovaného výkonu atď. Voľba časového oneskorenia sa uskutočňuje za účelom časovej koordinácie slotov v rámci pri organizovaní komunikácie s mobilnými stanicami umiestnenými v rôznych vzdialenostiach od základnej stanice. V tomto prípade je časové oneskorenie paketu prenášaného mobilnou stanicou regulované príkazmi základnej stanice.

Základňová stanica potom vydá vyzváňaciu (prezváňaciu) správu, ktorú mobilná stanica potvrdí a volajúci môže počuť vyzváňací signál. Keď volaný účastník prijme hovor, mobilná stanica vydá požiadavku na ukončenie hovoru. Po ukončení spojenia sa začne komunikačná relácia.

Počas rozhovoru mobilná stanica spracováva vysielané a prijímané rečové signály, ako aj riadiace signály prenášané súčasne s rečou. Na konci konverzácie sa medzi mobilnou a základňovou stanicou vymieňajú servisné správy, po ktorých sa vysielač mobilnej stanice vypne a stanica prejde do pohotovostného režimu.

Ak hovor pochádza z mobilnej stanice, t.j. účastník vytočí číslo volaného účastníka a stlačí tlačidlo "hovor" na ovládacom paneli, potom mobilná stanica odošle správu cez svoju základňovú stanicu s uvedením volaného čísla a údajov na autentifikáciu mobilného účastníka. Po autentifikácii základňová stanica pridelí prevádzkový kanál a ďalšie kroky na prípravu komunikačnej relácie sú rovnaké ako pri prijatí hovoru zo systému.

Základňová stanica potom informuje ústredňu o pripravenosti mobilnej stanice, ústredňa prenesie hovor do siete a účastník mobilnej stanice dostane možnosť počuť signály „hovor“ alebo „obsadenosť“. Spojenie je ukončené na strane siete.

Pri každom nadviazaní spojenia sa vykonajú postupy overenia a identifikácie.

Autentifikácia je postup na potvrdenie pravosti (platnosti, zákonnosti, dostupnosti práv na používanie mobilných služieb) účastníka mobilného komunikačného systému. Potreba zaviesť tento postup je spôsobená nevyhnutným pokušením získať neoprávnený prístup k mobilným službám.

Identifikácia je postup na zistenie, či mobilná stanica patrí do jednej zo skupín s určitými vlastnosťami alebo charakteristikami. Tento postup sa používa na identifikáciu stratených, ukradnutých alebo nefunkčných zariadení.

Myšlienkou autentifikačného postupu v digitálnom celulárnom komunikačnom systéme je zašifrovať niektoré identifikačné heslá pomocou kvázi náhodných čísel pravidelne prenášaných do mobilnej stanice z ústredne a šifrovacieho algoritmu individuálneho pre každú mobilnú stanicu. Takéto šifrovanie s použitím rovnakých počiatočných údajov a algoritmov sa vykonáva v mobilnej stanici aj v ústredni a autentifikácia sa považuje za úspešnú, ak sa oba výsledky zhodujú.

Postup identifikácie spočíva v porovnaní identifikátora účastníckej súpravy s číslami obsiahnutými v príslušných „čiernych listinách“ registra zariadení s cieľom stiahnuť ukradnuté a technicky chybné zariadenia z obehu. Identifikátor zariadenia je vyrobený tak, že je ťažké a neekonomické ho meniť alebo falšovať.

Pri presune mobilnej stanice z jednej bunky do druhej sa jej služba prenesie zo základnej stanice prvej bunky na základňovú stanicu druhej (obr. 1.9.). Tento proces sa nazýva odovzdanie. Vyskytuje sa iba vtedy, keď mobilná stanica prekročí hranicu bunky počas komunikačnej relácie a komunikácia nie je prerušená. Ak je mobilná stanica v pohotovostnom režime, jednoducho sleduje tieto pohyby podľa informácií systému prenášaných cez riadiaci kanál a v správnom čase sa prepne na silnejší signál z inej základňovej stanice.

Ryža. 1.9. Prenos z bunky A do bunky B, keď mobilná stanica prekročí hranicu bunky.

Potreba odovzdania nastane, keď kvalita komunikačného kanála, meraná silou signálu a/alebo bitovou chybovosťou, klesne pod prijateľnú hranicu. V štandarde D-AMPS mobilná stanica meria tieto charakteristiky len pre pracovnú bunku, ale keď sa kvalita komunikácie zhorší, hlási to cez základňovú stanicu do ústredne a na príkaz z nej sa vykonajú podobné merania. mobilnými stanicami v susedných bunkách. Na základe výsledkov týchto meraní ústredňa vyberie bunku, ktorej má byť služba odovzdaná.

Služba sa prenesie z bunky s najhoršou kvalitou spojenia do bunky s najlepšia kvalita a tento rozdiel musí byť aspoň nejaká daná hodnota. Ak táto podmienka nie je vyžadovaná, potom napríklad pri pohybe mobilnej stanice približne pozdĺž hranice bunky je možné viacnásobné odovzdanie z prvej bunky do druhej a späť, čo vedie k zaťaženiu systému nezmyselnou prácou a zníženiu kvality komunikácia.

Po rozhodnutí o odovzdaní a výbere novej bunky ústredňa informuje o tom základňovú stanicu novej bunky a mobilná stanica vydá potrebné príkazy cez základňovú stanicu starej bunky s uvedením nového frekvenčného kanála, pracovného slotu. číslo atď. Mobilná stanica sa zmení na nový kanál a je nakonfigurovaný na prácu s novou základňovou stanicou podľa približne rovnakých krokov ako pri príprave komunikačnej relácie, po ktorej komunikácia pokračuje cez základňovú stanicu novej bunky. Zároveň prerušenie telefonického rozhovoru nepresiahne zlomok sekundy a zostáva pre účastníka neviditeľné.

Mobilný komunikačný systém môže poskytovať funkciu roamingu - ide o postup poskytovania služieb mobilnej komunikácie účastníkovi jedného operátora v systéme iného operátora.

Idealizovaná a zjednodušená roamingová schéma je nasledovná: mobilný účastník, ktorý sa ocitne na území „cudzieho“ systému, ktorý umožňuje roaming, iniciuje hovor, ako keby bol na území svojho „vlastného“ systému. Ústredňa, ktorá sa uistí, že sa tento účastník neobjaví v jeho domovskom registri, ho vníma ako roamingového používateľa a zapíše ho do registra hostí. Zároveň zisťuje v domovskom registri „natívneho“ systému používateľa roamingu informácie s ním súvisiace, potrebné pre organizačnú službu a hlási, v ktorom systéme sa používateľ roamingu práve nachádza; posledná uvedená informácia je zaznamenaná v domovskom registri „natívneho“ systému používateľa roamingu. Potom používateľ roamingu používa mobilnú komunikáciu ako doma.

1.3 Metódy oddeľovania účastníkov v celulárnej komunikácii

Odkazový zdroj predstavuje čas a šírku pásma, ktoré sú k dispozícii na prenos signálu v konkrétnom systéme. Pre vytvorenie efektívneho komunikačného systému je potrebné naplánovať distribúciu zdroja medzi užívateľov systému tak, aby bol čas/frekvencia využitý čo najefektívnejšie. Výsledkom takéhoto plánovania by mal byť rovnaký prístup používateľov k zdroju. Existujú tri hlavné spôsoby oddelenia účastníkov v komunikačnom systéme.

1. Frekvenčné delenie. Sú pridelené určité čiastkové pásma použiteľného frekvenčného pásma.

2. Časové oddelenie. Predplatiteľom sú prideľované pravidelné časové intervaly. Niektoré systémy umožňujú používateľom na komunikáciu obmedzený čas. V iných prípadoch sa čas, počas ktorého používatelia pristupujú k prostriedku, určuje dynamicky.

3. Rozdelenie kódu. Vyberú sa určité prvky súboru ortogonálne (alebo takmer ortogonálne) distribuovaných spektrálnych kódov, z ktorých každý využíva celý frekvenčný rozsah.

O frekvenčné delenie(FDMA) komunikačný zdroj je rozdelený podľa obr. 1.10. Tu je distribúcia signálov alebo používateľov vo frekvenčnom rozsahu dlhodobá alebo trvalá. Komunikačný zdroj môže súčasne obsahovať niekoľko signálov vzdialených od seba v spektre.

Primárny frekvenčný rozsah obsahuje signály, ktoré využívajú frekvenčný rozsah medzi f 0 a f 1, druhý medzi f 2 a f 3 atď. Oblasti spektra, ktoré ležia medzi použiteľnými pásmami, sa nazývajú ochranné pásma. Ochranné pásma fungujú ako vyrovnávacia pamäť na zníženie rušenia medzi susednými (frekvenčne) kanálmi.

Ryža. 1.10. Tesnenie frekvenčného delenia.

Aby nemodulovaný signál využíval vyšší frekvenčný rozsah, konvertuje sa superponovaním alebo zmiešaním (moduláciou) tohto signálu a sínusového signálu pevnej frekvencie.

S časovým delením (TDMA) je komunikačný zdroj distribuovaný tak, že každý z M signálov (užívateľov) celého spektra je distribuovaný počas krátkej doby, nazývanej časový interval (obr. 1.11.). Časové intervaly, ktoré oddeľujú použité intervaly, sa nazývajú ochranné intervaly.

Ochranný interval vytvára určitú časovú neistotu medzi susednými signálmi a pôsobí ako vyrovnávacia pamäť, čím sa znižuje rušenie. Čas je zvyčajne rozdelený do intervalov nazývaných snímky. Každý rámec je rozdelený do časových úsekov, ktoré môžu byť rozdelené medzi používateľov. Všeobecná štruktúra rámcov sa periodicky opakuje, takže dátový prenos TDMA je jeden alebo viac časových úsekov, ktoré sa periodicky opakujú v každom rámci.

Ryža. 1.11. Utesnite dočasným oddelením.

Viacnásobný prístup s kódovým delením (CDMA) je praktickou aplikáciou techník rozprestretého spektra, ktoré možno rozdeliť do dvoch hlavných kategórií: rozprestreté spektrum s priamou sekvenciou a rozprestreté spektrum s preskakovaním frekvencie.

Uvažujme rozšírenie spektra metódou priamej sekvencie. Rozptýlené spektrum získalo svoj názov podľa skutočnosti, že šírka pásma používaná na prenos signálu je oveľa väčšia ako minimum potrebné na prenos dát. N používateľov teda dostane individuálny kód g i (t), kde i = 1,2,…,N. Kódy sú približne ortogonálne.

Bloková schéma štandardný systém CDMA je znázornené na obr. 1.12.

Ryža. 1.12. Rozdelenie viacerých prístupových kódov.

Prvý blok obvodu zodpovedá dátovej modulácii nosnej vlny Acosω 0 t. Výstup modulátora patriaceho užívateľovi zo skupiny 1 možno zapísať nasledovne: s 1 (t)=A 1 (t)cos(ω 0 t+φ 1 (t)).

Typ prijímaného signálu môže byť ľubovoľný. Modulovaný signál sa vynásobí rozprestierajúcim signálom g1(t) priradeným skupine 1; výsledok g 1 (t)s 1 (t) sa prenáša cez kanál. Podobne pre používateľov skupín od 2 do N sa berie súčin kódovej funkcie a signálu. Pomerne často je prístup ku kódu obmedzený na presne definovanú skupinu používateľov. Výsledný kanálový signál je lineárnou kombináciou všetkých prenášaných signálov. Bez ohľadu na oneskorenia pri prenose signálu možno indikovanú lineárnu kombináciu zapísať takto: g 1 (t)s 1 (t)+ g 2 (t)s 2 (t)+…+ g N (t)s N (t) .

Násobením s 1 (t) a g 1 (t) vznikne funkcia, ktorej spektrum je konvolúciou spektier s 1 (t) a g 1 (t). Keďže signál s 1 (t) možno považovať za úzkopásmový (v porovnaní s g 1 (t)), pásma g 1 (t)s 1 (t) a g 1 (t) možno považovať za približne rovnaké. Uvažujme prijímač nakonfigurovaný na prijímanie správ od skupiny používateľov 1. Predpokladajme, že prijatý signál a kód g 1 (t) generovaný prijímačom sú navzájom plne synchronizované. Prvým krokom prijímača je vynásobenie prijatého signálu g 1 (t). Výsledkom je funkcia g 1 2 (t)s 1 (t) a množina bočných signálov g 1 (t)g 2 (t)s 2 (t)+ g 1 (t)g 3 (t)s 3(t)+...+ g1(t)gN(t)sN(t). Ak sú kódové funkcie g i (t) vzájomne ortogonálne, prijímaný signál možno dokonale extrahovať bez šumu, pretože

.

Bočné signály sú systémom ľahko eliminované, pretože

.

Hlavnými výhodami CDMA sú súkromie a odolnosť proti hluku.

1. Súkromie. Ak je kód užívateľskej skupiny známy iba oprávneným členom tejto skupiny, CDMA zaisťuje dôvernosť komunikácie, pretože neoprávnené osoby, ktoré nemajú kód, nemajú prístup k prenášaným informáciám.

2. Imunita proti hluku. Modulácia signálu sekvenciou pri vysielaní vyžaduje, aby bol znova modulovaný rovnakou sekvenciou pri príjme (čo je ekvivalentné demodulácii signálu), čo vedie k obnoveniu pôvodného úzkopásmového signálu. Ak je rušenie úzkopásmové, tak naň demodulačná priama sekvencia pri príjme pôsobí ako modulačná, t.j. „rozmazáva“ svoje spektrum v širokom pásme W ss, v dôsledku čoho len 1/G rušivého výkonu spadá do úzkeho pásma signálu W s, takže úzkopásmové rušenie bude zoslabené faktorom G, kde G=Wss/Ws (Wss je pásmo rozšíreného spektra, Ws je pôvodné spektrum). Ak je rušenie širokopásmové - s pásmom rádovo Wss alebo širším, potom demodulácia nezmení šírku jeho spektra a rušenie bude spadať do pásma signálu oslabeného toľkokrát, koľkokrát je jeho pásmo širšie ako pásmo W s pôvodného signálu.

1.4 Štandard DECT na komunikáciu

Systémy a zariadenia DECT sú distribuované vo viac ako 30 krajinách na všetkých kontinentoch planéty. DECT je v skutočnosti súbor špecifikácií, ktoré definujú rádiové rozhrania pre rôzne typy komunikačných sietí a zariadení. DECT kombinuje požiadavky, protokoly a správy, ktoré zabezpečujú interakciu komunikačných sietí a koncových zariadení. Organizácia samotných sietí a usporiadanie zariadení nie sú zahrnuté v norme. Najdôležitejšou úlohou DECT je zabezpečiť kompatibilitu zariadení od rôznych výrobcov.

Spočiatku bol DECT zameraný na telefonovanie - rádiové extendery, bezdrôtové kancelárske PBX, poskytujúce rádiový prístup do verejných telefónnych sietí. Ukázalo sa však, že štandard je taký úspešný, že sa začal používať v systémoch prenosu údajov, bezdrôtovom prístupe účastníkov k verejným komunikačným sieťam. DECT našiel využitie v multimediálnych aplikáciách a domácich rádiových sieťach, pre prístup na internet a fax.

Čo je rádiové rozhranie DECT? V pásme 20 MHz (1880 - 1900 MHz) je pridelených 10 nosných frekvencií s intervalom 1,728 MHz. DECT využíva technológiu prístupu s časovým delením – TDMA. Časové spektrum je rozdelené na samostatné snímky po 10 ms (obr. 1.13.). Každý rámec je rozdelený do 24 časových úsekov: 12 úsekov na príjem (z pohľadu nositeľného terminálu) a 12 na vysielanie. Na každej z 10 nosných frekvencií je teda vytvorených 12 duplexných kanálov - spolu 120. Duplex je zabezpečený časovým delením (s intervalom 5 ms) príjmu/vysielania. Na synchronizáciu sa používa 32-bitová sekvencia „101010…“. DECT poskytuje kompresiu reči v súlade s adaptívnou diferenciálnou PCM technológiou s rýchlosťou 32 Kbps. Preto je informačná časť každého slotu 320 bitov. Pri prenose dát je možné kombinovať časové úseky. Rádiová cesta využíva Gaussovu frekvenčnú moduláciu.

Základňové stanice (BS) a účastnícke terminály (AT) DECT neustále prehľadávajú všetky dostupné kanály (až 120). V tomto prípade sa meria sila signálu na každom z kanálov, ktorá sa zadáva do zoznamu RSSI. Ak je linka zaneprázdnená alebo hlučná, RSSI je vysoká. BS vyberie kanál, ktorého je najviac nízka hodnota RSSI pre nepretržitý prenos servisných informácií o volaniach účastníkov, ID stanice, možnostiach systému atď. Tieto informácie zohrávajú úlohu referenčných signálov pre AT - účastnícke zariadenia podľa nich zisťujú, či existuje právo na prístup do konkrétnej BS, či poskytuje služby požadované účastníkom, či je v systéme voľná kapacita a vyberajú BS so signálom najvyššej kvality.

V DECT komunikačný kanál vždy definuje AT. Keď sa požaduje spojenie od BS (prichádzajúce spojenie), AT dostane upozornenie a vyberie rádiový kanál. Servisné informácie sú prenášané základňovou stanicou a analyzované užívateľským terminálom neustále, preto je AT vždy synchronizovaný s najbližšou dostupnou BS. Pri nadväzovaní nového spojenia AT vyberie kanál s najnižšou hodnotou RSSI – tým sa zabezpečí, že nové spojenie sa uskutoční na najčistejšom dostupnom kanáli. Tento postup dynamického prideľovania kanálov vám umožňuje zbaviť sa frekvenčného plánovania - najdôležitejšej funkcie DECT.

Ryža. 1.13. DECT spektrum.

Keďže AT neustále, aj keď je nadviazané spojenie, analyzuje dostupné kanály, možno ich počas komunikačnej relácie dynamicky prepínať. Takéto prepínanie je možné ako na iný kanál tej istej BS, tak aj na inú BS. Tento postup sa nazýva „odovzdanie“. Pri odovzdávaní AT nadviaže nové spojenie a po určitú dobu sa udržiava komunikácia na oboch kanáloch. Potom sa vyberie ten najlepší. Automatické prepínanie medzi kanálmi rôznych BS nastáva pre užívateľa takmer nepostrehnuteľne a je úplne iniciované AT.

Je nevyhnutné, aby výkon signálu v rádiovej trase zariadenia DECT bol veľmi nízky – od 10 do 250 mW. Navyše, 10 mW je prakticky nominálny výkon pre mikrobunkové systémy s polomerom buniek 30-50 m vo vnútri budovy a až 300-400 m v otvorenom priestore. Pre rádiové pokrytie veľkých území (do 5 km) sa používajú vysielače s výkonom do 250 mW.

S výkonom 10 mW je možné lokalizovať základňové stanice na vzdialenosť 25 m. Výsledkom je dosiahnutá rekordná hustota súčasných spojení (asi 100 tisíc účastníkov) za predpokladu, že BS je umiestnená podľa šesťuholníka schéma v rovnakej rovine (na rovnakom poschodí).

Na ochranu pred neoprávneným prístupom v systémoch DECT sa používa procedúra autentifikácie BS a AT. AT je registrovaná v systéme alebo na jednotlivých základňových staniciach, ku ktorým má prístup. Autentifikácia prebieha pri každom spojení: BS odošle do AT „požiadavku“ – náhodné číslo (64 bitov). Na základe tohto čísla a autentifikačného kľúča AT a BS vypočítajú autentifikačnú odpoveď (32 bitov) pomocou daného algoritmu, ktorú AT pošle do BS. BS porovná vypočítanú odpoveď s prijatou a ak sa zhodujú, umožní AT sa pripojiť. DECT má štandardný autentifikačný algoritmus DSAA.

Autentifikačný kľúč sa spravidla vypočítava na základe autentifikačného kľúča UAK účastníka s dĺžkou 128 bitov alebo autentifikačného kódu AC (16 - 32 bitov). UAK je uložený v AT ROM alebo na DAM karte, ktorá je podobná SIM karte. AC možno tiež manuálne zapísať do AT ROM alebo zadať počas overovania. Spolu s UAK sa používa aj osobný identifikátor používateľa UPI, dlhý 16-32 bitov, zadávaný len ručne. Navyše, neoprávnené získavanie informácií v systémoch s TDMA je mimoriadne zložité a je dostupné len pre špecialistov.

1.5 Normy Bluetooth , Wi - fi (802.11, 802.16)

Špecifikácia Bluetooth popisuje paketovú metódu na prenos informácií s časovým multiplexovaním. Rádiová prevádzka prebieha vo frekvenčnom pásme 2400-2483,5 MHz. Rádiová cesta využíva metódu šírenia spektra pomocou frekvenčných skokov a dvojúrovňovej Gaussovej frekvenčnej modulácie.

Metóda frekvenčného preskakovania znamená, že celé frekvenčné pásmo pridelené na prenos je rozdelené do určitého počtu podkanálov so šírkou každého 1 MHz. Kanál je pseudonáhodná sekvencia skokov cez 79 alebo 23 RF subkanálov. Každý kanál je rozdelený do 625 µs časových segmentov, pričom každý segment zodpovedá špecifickému subkanálu. Vysielač používa naraz iba jeden subkanál. Skoky sa vyskytujú synchrónne vo vysielači a prijímači vo vopred stanovenom pseudonáhodnom poradí. Za sekundu môže dôjsť až k 1600 frekvenčným skokom. Táto metóda poskytuje dôvernosť a určitú odolnosť prenosu voči šumu. Odolnosť voči šumu je zabezpečená tým, že ak sa vysielaný paket nepodarilo prijať na žiadnom subkanáli, tak to prijímač ohlási a prenos paketu sa zopakuje na jednom z nasledujúcich subkanálov, už na inej frekvencii.

Protokol Bluetooth podporuje spojenia point-to-point aj point-to-multipoint. Dve alebo viac zariadení používajúcich rovnaký kanál tvoria pikonet. Jedno zo zariadení funguje ako master a ostatné ako slave. V jednej pikonete môže byť až sedem aktívnych slave, pričom zostávajúce slave sú v „zaparkovanom“ stave a zostávajú synchronizované s masterom. Interakčné pikonety tvoria „distribuovanú sieť“.

Každá pikoneta má iba jedno hlavné zariadenie, ale podradené zariadenia môžu byť súčasťou rôznych pikoniet. Okrem toho môže byť hlavným zariadením jednej pikonetovej siete slave v inej (obr. 1.14.). Pikonety nie sú navzájom synchronizované v čase a frekvencii - každá z nich používa svoju vlastnú sekvenciu frekvenčných skokov. V tej istej pikonete sú všetky zariadenia synchronizované v čase a frekvencii. Sekvencia skokov je jedinečná pre každú pikonetu a je určená adresou jej primárneho zariadenia. Dĺžka cyklu pseudonáhodnej sekvencie je 2 27 prvkov.

Ryža. 1. 14. Pikonet s jedným podriadeným zariadením a), niekoľkými b) a distribuovanou sieťou c).

AT Bluetooth štandard je zabezpečený duplexný prenos založený na časovom delení. Hlavné zariadenie vysiela pakety v nepárnych časových segmentoch a podriadené zariadenie v párnych (obr. 1.15.). Pakety, v závislosti od ich dĺžky, môžu trvať až päť časových úsekov. V tomto prípade sa frekvencia kanála nezmení až do konca prenosu paketov (obr. 1.16.).

Ryža. 1. 15. Časový diagram kanála.

Protokol Bluetooth môže podporovať asynchrónny dátový kanál, až tri synchrónne (konštantná rýchlosť) hlasové kanály alebo simultánny asynchrónny dátový a synchrónny hlasový kanál.

Pri synchrónnom zapojení si nadradené zariadenie rezervuje časové úseky v takzvaných synchrónnych intervaloch. Aj keď je paket prijatý s chybou, počas synchrónneho spojenia sa znova nevyšle. Asynchrónna komunikácia využíva časové segmenty, ktoré nie sú vyhradené pre synchrónne spojenie. Ak v poli adresy asynchrónneho paketu nie je uvedená žiadna adresa, paket sa považuje za „vysielaný“ – môžu ho prečítať všetky zariadenia. Asynchrónne spojenie umožňuje opakovaný prenos paketov prijatých s chybami.

Ryža. 1. 16. Prenos paketov rôznych dĺžok.

Štandardný paket Bluetooth obsahuje 72-bitový prístupový kód, 54-bitovú hlavičku a informačné pole, ktoré nemá viac ako 2745 bitov. Prístupový kód identifikuje pakety patriace do rovnakého pikonetu a používa sa aj na synchronizáciu a procedúry dotazovania. Obsahuje preambulu (4 bity), synchronizačné slovo (64 bitov) a upútavku – 4 bity kontrolného súčtu.

Hlavička obsahuje informácie o riadení komunikácie a pozostáva zo šiestich polí: AM_ADDR – 3-bitová adresa aktívneho prvku; TYPE - 4-bitový kód dátového typu; FLOW - 1 bit riadenia toku dát, označujúci pripravenosť zariadenia na príjem; ARQN - 1 bit potvrdenia správneho príjmu; SEQN - 1 bit používaný na určenie sekvencie paketov; HEC - 8-bitový kontrolný súčet.

Informačné pole môže v závislosti od typu paketov obsahovať buď hlasové polia alebo dátové polia, alebo oba typy polí súčasne.

Zvážte štandard IEEE 802.11 používaný v lokálnych dátových sieťach – t.j. v bezdrôtových sieťach podobných ethernetu, ktoré sú v podstate asynchrónne.

IEEE 802.11 zvažuje dve nižšie vrstvy modelu interakcie otvorené systémy– fyzická (určuje sa spôsob práce s prenosovým médiom, rýchlosť a spôsoby modulácie) a úroveň dátového spojenia a na poslednej úrovni sa uvažuje o nižšej podúrovni - MAC, t.j. riadenie prístupu ku kanálu (prenosové médium). IEEE 802.11 využíva pásmo 2,400 - 2,4835 GHz so šírkou pásma 83,5 MHz a zabezpečuje prenos paketov so 48-bitovými adresovými paketmi.

Norma poskytuje dva hlavné spôsoby organizácie lokálnej siete – podľa princípu „každý s každým“ (komunikácia je nadviazaná priamo medzi dvoma stanicami, všetky zariadenia musia byť v zóne rádiovej viditeľnosti, nedochádza k administrácii) a formou tzv. štruktúrovaná sieť (objaví sa ďalšie zariadenie - prístupový bod, spravidla stacionárny a fungujúci na pevnom kanáli; komunikácia medzi zariadeniami prebieha iba prostredníctvom prístupových bodov, cez ktoré je možný aj prístup k externým káblovým sieťam).

Riadiace funkcie sú spravidla rozdelené medzi všetky zariadenia siete IEEE 802.11 - režim DCF. V prípade štruktúrovaných sietí je však možný režim PCF, keď sa riadenie prenáša na jeden konkrétny prístupový bod. Potreba PCF vzniká pri prenose informácií citlivých na oneskorenie. Koniec koncov, siete IEEE 802.11 fungujú na princípe konkurenčného prístupu ku kanálu - neexistujú žiadne priority. Aby bolo možné ich v prípade potreby nastaviť, bol zavedený režim PCF. Prevádzka v tomto režime však môže prebiehať len v určitých periodicky sa opakujúcich intervaloch.

Pre bezpečnosť prenosu dát na úrovni MAC je zabezpečená autentifikácia stanice a šifrovanie prenášaných dát.

IEEE 802.11 implementuje Carrier Sense Multiple Access s detekciou kolízie. Stanica môže začať vysielať, len ak je kanál voľný. Ak stanice zistia, že na tom istom kanáli sa pokúša pracovať viacero staníc, všetky prestanú vysielať a po náhodnom čase sa pokúsia obnoviť vysielanie. Teda aj pri vysielaní musí zariadenie sledovať kanál, t.j. práca na recepcii.

Pred prvým pokusom o prístup ku kanálu zariadenie načíta dobu trvania náhodného čakacieho intervalu do špeciálneho počítadla. Keď je kanál nečinný, jeho hodnota sa znižuje pri špecifikovanej frekvencii. Hneď ako sa počítadlo vynuluje, zariadenie môže obsadiť kanál. Ak je kanál pred vynulovaním počítadla obsadený iným zariadením, počítanie sa zastaví a dosiahnutá hodnota zostane zachovaná. Pri ďalšom pokuse začne počítanie od uloženej hodnoty. Výsledkom je, že tí, ktorí naposledy nemali čas, dostanú viac šancí obsadiť kanál nabudúce. Toto nie je prípad káblových ethernetových sietí.

Pakety, cez ktoré prebieha prenos, sa v skutočnosti tvoria na MAC vrstve, na fyzickej vrstve sa k nim pridáva hlavička fyzickej vrstvy (PLCP), pozostávajúca z preambuly a samotnej hlavičky PLCP. Existujú tri typy paketov vrstvy MAC – dátové pakety, riadiace pakety a riadiace pakety. Ich štruktúra je rovnaká. Každý paket obsahuje MAC hlavičku, informačné pole a kontrolný súčet.

Širokopásmové mestské bezdrôtové dátové siete s pevným prístupom používajú štandard IEEE 802.16.

Norma IEEE 802.16 popisuje prevádzku v rozsahu 10 - 66 GHz systémov s architektúrou point-to-multipoint (od stredu k mnohým). Ide o obojsmerný systém, t.j. po prúde (od základnej stanice k predplatiteľom) a proti prúdu (k základňovej stanici) sú poskytované toky. V tomto prípade sa predpokladá, že kanály sú širokopásmové (približne 25 MHz) a prenosové rýchlosti sú vysoké (napríklad 120 Mbps).

Štandard IEEE 802.16 poskytuje schému modulácie jednej nosnej (v každom frekvenčnom kanáli) a umožňuje tri typy kvadratúrnej amplitúdovej modulácie: štvorpolohovú QPSK a 16-polohovú 16-QAM (povinnú pre všetky zariadenia), ako aj 64-QAM (voliteľné).

Dáta na fyzickej vrstve sa prenášajú ako súvislá sekvencia rámcov. Každý rámec má pevné trvanie - 0,5; 1 a 2 ms. Rámec sa skladá z preambuly (32 QPSK-znaková synchronizačná sekvencia), riadiacej sekcie a sekvencie dátových paketov. Keďže systém definovaný štandardom IEEE 802.16 je obojsmerný, vyžaduje sa duplexný mechanizmus. Poskytuje frekvenčné aj časové oddelenie uplinku a downlinku. Pri duplexovaní s časovým kanálom je rámec rozdelený na downlink a uplink subrámce oddelené špeciálnym intervalom. Pri frekvenčnom duplexovaní sa uplink a downlink vysielajú každý na svojej vlastnej nosnej.

Vrstva MAC podľa IEEE 802.16 je rozdelená na tri podvrstvy – podvrstvu prekladu služieb (služby sú rôzne aplikácie), hlavnú podvrstvu a podvrstvu zabezpečenia. Na podvrstve ochrany sú implementované autentifikačné mechanizmy a šifrovanie údajov. Na podvrstve transformácie služieb sa dátové toky protokolov vyššej vrstvy transformujú na prenos dát cez siete IEEE 802.16. Pre každý typ aplikácie vyššej úrovne štandard poskytuje iný mechanizmus transformácie. V hlavnej podvrstve MAC sa vytvárajú dátové pakety, ktoré sú potom prenášané do fyzickej vrstvy a vysielané cez komunikačný kanál. Paket MAC obsahuje hlavičku a dátové pole, za ktorými môže nasledovať kontrolný súčet.

Kľúčovým bodom v štandarde IEEE 802.16 je koncept toku služieb a súvisiace pojmy „spojenie“ a „identifikátor pripojenia“ (CID). Tok služieb v štandarde IEEE 802.16 je tok údajov spojený s konkrétnou aplikáciou. Spojenie je v tomto kontexte vytvorenie logického spojenia vo vrstvách MAC na vysielacej a prijímacej strane na prenos toku služieb. Každému pripojeniu je priradené 16-bitové CID, ktoré je jednoznačne spojené s typom a charakteristikami pripojenia. Tok služieb je charakterizovaný súborom požiadaviek na kanál prenosu informácií (na čas oneskorenia symbolu, úroveň kolísania oneskorenia a garantovanú šírku pásma). Každému toku služby je priradený identifikátor SFID, na základe ktorého BS určí potrebné parametre konkrétneho spojenia spojeného s týmto tokom služby.

Základným princípom poskytovania prístupu ku kanálu v štandarde IEEE 802.16 je prístup na požiadanie. Žiadna AS (účastnícka stanica) nemôže vysielať nič, okrem žiadostí o registráciu a poskytnutie kanálu, kým to BS nepovolí, t.j. pridelí časový úsek v uplinku a označí jeho umiestnenie. SS môže buď požiadať o určitú veľkosť šírky pásma v kanáli, alebo požiadať o zmenu v zdroji kanála, ktorý mu už bol poskytnutý. Štandard IEEE 802.16 poskytuje dva režimy udeľovania prístupu – pre každé jednotlivé pripojenie a pre všetky pripojenia konkrétneho AS. Je zrejmé, že prvý mechanizmus poskytuje väčšiu flexibilitu, ale druhý výrazne znižuje objem režijných správ a vyžaduje menší výkon hardvéru.

2. Systémy komplexných signálov pre telekomunikačné systémy

2.1 Spektrá signálu

Spektrum signálu s(t) je určené Fourierovou transformáciou

Vo všeobecnosti je spektrum komplexnou funkciou frekvencie ω. Spektrum môže byť reprezentované ako

,

kde |S(ω)| je amplitúda a φ(ω) je fázové spektrum signálu s(t).

Spektrum signálu má nasledujúce vlastnosti:

1. Linearita: ak existuje množina signálov s 1 (t), s 2 (t), ..., a s 1 (t) S 1 (ω), s 2 (t) S 2 (ω), ..., potom súčet signálov Fourier transformuje takto:

kde a i sú ľubovoľné číselné koeficienty.

2. Ak signál s(t) zodpovedá spektru S(ω), potom ten istý signál posunutý o t 0 zodpovedá spektru S(ω) vynásobenému e - jωt 0 s(t-t 0)S(ω)e - jωt 0 .

3. Ak s(t)S(ω), potom

4. Ak s(t)S(ω) a f(t)=ds/dt, potom f(t)F(ω)=jωS(ω).

5. Ak s(t)S(ω) a g(t)=∫s(t)dt, potom g(t)G(ω)=S(ω)/jω.

6. Ak u(t)U(ω), v(t)V(ω) a s(t)=u(t)v(t), potom

.

Signál sa nachádza v spektre pomocou inverznej Fourierovej transformácie

.

Zvážte spektrá niektorých signálov.

1. Obdĺžnikový impulz.

Obr.2.1. Spektrum pravouhlého impulzu.

2. Gaussov impulz.

s(t)=Uexp(-βt 2)

Obr.2.2. Gaussovo pulzné spektrum.

3. Vyhladený impulz

Pomocou numerickej integrácie nájdeme spektrum S(ω).

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)

Ryža. 2.3. Spektrum vyhladeného impulzu.

2.2 Korelačné vlastnosti signálov

Na porovnanie signálov posunutých v čase je zavedená autokorelačná funkcia (ACF) signálu. Kvantitatívne určuje mieru rozdielu medzi signálom u(t) a jeho časovo posunutou kópiou u(t - τ) a rovná sa skalárnemu súčinu signálu a kópie:

Priamo je vidieť, že pri τ=0 sa autokorelačná funkcia rovná energii signálu: Bu(0)=Eu.

Autokorelačná funkcia je párna: B u (τ)=B u (-τ).

Pre žiadnu hodnotu časového posunu τ modul ACF neprekročí energiu signálu |В u (τ)|≤B u (0)=E u .

ACF súvisí so spektrom signálu podľa nasledujúceho vzťahu:

.

Platí to aj naopak:

.

Pre diskrétny signál je ACF definovaný takto:

a má nasledujúce vlastnosti.

Diskrétny ACF je párny: B u (n) = B u (-n).

Pri nulovom posune určuje ACF energiu diskrétneho signálu:

.

Niekedy sa zavádza krížová korelačná funkcia (CCF) signálov, ktorá popisuje nielen posun signálov voči sebe v čase, ale aj rozdiel v tvare signálov.

VKF je definovaný nasledovne

pre nepretržité signály a

pre diskrétne signály.

Zvážte ACF niektorých signálov.

1. Postupnosť pravouhlých impulzov

Ryža. 2.4. ACF sekvencie pravouhlých impulzov.

2. 7-polohový signál Barker

Bu(0)=7, Bu(1)= Bu(-1)=0, Bu(2)= Bu(-2)=-1, Bu(3)= Bu (-3 )=0, Bu (4)= Bu (-4)=-1, Bu (5)= Bu (-5)=0, Bu (6)= Bu (-6)=-1 Bu(7)= Bu(-7)=0.

Ryža. 2.5. ACF 7-polohového Barkerovho signálu.

3. 8-polohové Walshove funkcie

Walshova funkcia 2. rádu

Bu(0)=8, Bu(1)= Bu(-1)=3, Bu(2)= Bu(-2)=-2, Bu(3)= Bu (-3 )=-3, Bu (4)= Bu (-4)=-4, Bu (5)= Bu (-5)=-1, Bu (6)= Bu (-6)= 2, Bu(7)= Bu(-7)=1, Bu(8)= Bu(-8)=0.

Ryža. 2.6. ACF Walshovej funkcie 2. rádu.

Walshova funkcia 7. rádu

Bu(0)=8, Bu(1)= Bu(-1)=-7, Bu(2)= Bu(-2)=6, Bu(3)= Bu (-3 )=-5, Bu (4)= Bu (-4)=4, Bu (5)= Bu (-5)=-3, Bu (6)= Bu (-6)=2 Bu(7)= Bu(-7)=-1, Bu(8)= Bu(-8)=0.

Ryža. 2.7. ACF Walshovej funkcie 7. rádu.

2.3 Typy komplexných signálov

Signál je fyzikálny proces, ktorý môže prenášať užitočné informácie a šíriť sa po komunikačnej linke. Pod signálom s(t) rozumieme funkciu času, ktorá odráža fyzikálny proces, ktorý má konečné trvanie T.

Signály, ktorých základňa B, ktorá sa rovná súčinu trvania signálu T a šírky jeho spektra, sa blíži jednotke, sa nazývajú „jednoduché“ alebo „obyčajné“. Tieto signály je možné rozlíšiť podľa frekvencie, času (oneskorenia) a fázy.

Komplexné, viacrozmerné signály podobné šumu sa vytvárajú podľa zložitého zákona. Počas trvania signálu T podlieha dodatočnej manipulácii (alebo modulácii) vo frekvencii alebo fáze. Dodatočná amplitúdová modulácia sa používa zriedka. Vďaka dodatočnej modulácii sa spektrum signálu Δf (pri zachovaní jeho trvania T) rozširuje. Preto pre takýto signál B=T Δf>>1.

Pri určitých zákonitostiach tvorby komplexného signálu sa jeho spektrum ukazuje ako spojité a prakticky rovnomerné, t.j. blízko k spektru šumu s obmedzenou šírkou pásma. V tomto prípade má funkcia autokorelácie signálu jeden hlavný hrot, ktorého šírka je určená nie dĺžkou signálu, ale šírkou jeho spektra, t.j. má formu podobnú funkcii autokorelácie šumu s obmedzeným pásmom. V tomto ohľade sa takéto komplexné signály nazývajú šumové.

Signály podobné šumu sa používajú v širokopásmových komunikačných systémoch, pretože: poskytujú vysokú odolnosť komunikačných systémov voči šumu; umožňujú organizovať súčasnú prevádzku mnohých účastníkov v spoločnom frekvenčnom pásme; umožňujú vám úspešne sa vysporiadať s viaccestným šírením rádiových vĺn oddelením lúčov; poskytnúť najlepšie využitie spektra v obmedzenej oblasti v porovnaní s úzkopásmovými komunikačnými systémami.

Známy veľké číslo rôzne signály podobné šumu (NLS). Rozlišujú sa však tieto hlavné NPS: frekvenčne modulované signály; veľa frekvenčné signály; signály s kľúčom fázového posunu; diskrétne frekvenčné signály; diskrétne kompozitné frekvenčné signály.

Frekvenčne modulované signály (FM) sú spojité signály, ktorých frekvencia sa mení podľa daného zákona (obr. 2.8.).

Ryža. 2.8. FM signál.

V komunikačných systémoch je potrebné mať veľa signálov. V tomto prípade potreba rýchlej zmeny signálov a prepínania zariadenia na vytváranie a spracovanie vedie k tomu, že zákon zmeny frekvencie sa stáva diskrétnym. V tomto prípade sa signály FM prenesú na signály HF.

Viacfrekvenčné (MF) signály sú súčtom N harmonických u 1 (t) ... u N (t), ktorých amplitúdy a fázy sú určené v súlade so zákonmi tvorby signálu (obr. 2.9.).

Ryža. 2.9. MF signál.

MF signály sú spojité a je ťažké prispôsobiť metódy digitálnej technológie ich tvorbe a spracovaniu.

Signály s fázovým posunom (PM) sú sled rádiových impulzov, ktorých fázy sa menia podľa daného zákona (obr. 2.10., a). Fáza zvyčajne nadobúda dve hodnoty (0 alebo π). V tomto prípade RF FM signál zodpovedá video-FM signálu (obr. 2.10., b).

Ryža. 2.10. FM signál.

FM signály sú veľmi bežné, pretože. umožňujú široké využitie digitálnych metód pri tvorbe a spracovaní a je možné realizovať takéto signály s relatívne veľkými bázami.

Diskrétne frekvenčné (DF) signály predstavujú postupnosť rádiových impulzov (obr. 2.11.), ktorých nosné frekvencie sa menia podľa daného zákona.

Ryža. 2.11. DC signál.

Signály s diskrétnou kompozitnou frekvenciou (DSF) sú signály jednosmerného prúdu, v ktorých je každý impulz nahradený signálom podobným šumu.

Na obr. 2.12. je zobrazený videofrekvenčný FM signál, ktorého jednotlivé časti sú prenášané na rôznych nosných frekvenciách.

Ryža. 2.12. signál DCH.

2.4 Odvodené signálne systémy

Derivovaný signál je signál, ktorý je výsledkom násobenia dvoch signálov. V prípade signálov PM sa násobenie musí vykonať prvok po prvku alebo, ako sa to bežne nazýva, symbol po symbole. Systém zložený z derivačných signálov sa nazýva derivácia. Spomedzi odvodených systémov sú obzvlášť dôležité systémy skonštruované nasledovne. Ako základ sa používa nejaký systém signálov, ktorých korelačné vlastnosti úplne nespĺňajú požiadavky na CF, ale ktorý má určité výhody z hľadiska jednoduchosti tvorby a spracovania. Takýto systém sa nazýva pôvodný. Potom sa vyberie signál, ktorý má určité vlastnosti. Takýto signál sa nazýva generovanie. Vynásobením generujúceho signálu každým signálom pôvodného systému získame derivačný systém. Generujúci signál treba voliť tak, aby bol odvodený systém naozaj lepší ako pôvodný, t.j. mať dobré korelačné vlastnosti. Komplexná obálka derivačného signálu S μ m (t) sa rovná súčinu komplexných obálok pôvodných signálov U m (t) a generujúceho signálu V μ (t), t.j. S μ m (t) = U m (t) V μ (t). Ak sa indexy menia v rámci m=1..M, μ=1..H, potom objem derivačného signálneho systému je L=MH.

Voľba generovania signálov je určená množstvom faktorov, vrátane pôvodného systému. Ak sú pôvodné systémové signály širokopásmové, potom produkčný signál môže byť širokopásmový a môže mať malé úrovne bočných špičiek funkcie neistoty blízko efektívnej hodnoty. Ak sú signály pôvodného systému úzkopásmové, potom stačí splniť nerovnosť F V >>F U (F V je šírka spektra generovaných signálov, F U je šírka spektra pôvodných signálov) a požiadavka aby bočné vrcholy ACF boli malé.

Zoberme si Walshov systém ako počiatočný. V tomto prípade by generujúce signály mali byť širokopásmové a mali by mať dobré ACF. Okrem toho musí mať generujúci signál rovnaký počet prvkov ako pôvodné signály, t.j. N=2 k prvkov, kde k je celé číslo. Tieto podmienky vo všeobecnosti spĺňajú nelineárne sekvencie. Keďže hlavnou požiadavkou je malosť bočných píkov ACF, v triede nelineárnych sekvencií boli vybrané najlepšie signály s počtom prvkov N = 16, 32, 64. Tieto signály sú znázornené na obr. 2.13. Na obr. 2.13. sú tiež uvedené hodnoty počtu blokov μ pre každý generujúci signál. Sú blízke optimálnej hodnote μ 0 =(N+1)/2. Toto je nevyhnutná podmienka na získanie dobrého ACF s malými bočnými vrcholmi.

Ryža. 2.13. Produkcia FM signálov.

Objem derivačného systému sa rovná objemu Walshovho systému N. Derivačné systémy majú lepšie korelačné vlastnosti ako Walshove systémy.

3. Modulácia komplexných signálov

3.1 Geometrické znázornenie signálov

Zvážte geometrické alebo vektorové znázornenie signálov. N-rozmerný ortogonálny priestor definujeme ako priestor definovaný množinou N lineárne nezávislých funkcií (ψ j (t)), nazývaných bázové funkcie. Akákoľvek funkcia tohto priestoru môže byť vyjadrená pomocou lineárnej kombinácie bázových funkcií, ktoré musia spĺňať podmienku

,

kde sa operátor nazýva symbol Kronecker. Pre nenulové konštanty K j sa priestor nazýva ortogonálny. Ak sú základné funkcie normalizované tak, že všetky K j =1, priestor sa nazýva ortonormálny. Hlavná podmienka ortogonality môže byť formulovaná nasledovne: každá funkcia ψ j (t) množiny bázových funkcií musí byť nezávislá od ostatných funkcií množiny. Každá funkcia ψ j (t) nesmie počas procesu detekcie interferovať s inými funkciami. Z geometrického hľadiska sú všetky funkcie ψ j (t) navzájom kolmé.

V ortogonálnom signálovom priestore je euklidovská vzdialenosť používaná v procese detekcie najjednoduchšie definovaná. Ak vlny nesúce signály netvoria takýto priestor, môžu sa previesť na lineárnu kombináciu ortogonálnych signálov. Dá sa ukázať, že ľubovoľnú konečnú množinu signálov (s i (t)) (i=1…M), kde každý prvok množiny je fyzicky realizovateľný a má trvanie T, možno vyjadriť ako lineárnu kombináciu N ortogonálnych signálov. ψ 1 (t), ψ 2 ( t), …, ψ N (t), kde NM, takže

kde

Forma základu (ψ j (t)) nie je špecifikovaná; tieto signály sú zvolené pre pohodlie a závisia od tvaru vlny prenosu signálu. Množinu takýchto vĺn (s i (t)) možno považovať za množinu vektorov (s i )=(a i 1 , a i 2 , …,a iN ). Vzájomná orientácia signálových vektorov opisuje vzťah medzi signálmi (vzhľadom na ich fázy alebo frekvencie) a amplitúda každého nastaveného vektora (si) je mierou energie signálu prenesenej počas doby prenosu symbolu. Vo všeobecnosti, po výbere množiny N ortogonálnych funkcií je každý z prenášaných signálov si (t) úplne určený vektorom jeho koeficientov si = (a i 1, a i 2, …, a iN) i=1…M.

3.2 Metódy kľúčovania s fázovým posunom (PM2, PM4, RPM)

Kľúčovanie fázovým posunom (PSK) bolo vyvinuté na začiatku vývoja programu prieskumu hlbokého vesmíru; teraz je schéma PSK široko používaná v komerčných a vojenských komunikačných systémoch. Signál v modulácii PSK má nasledujúci tvar:

Tu môže fáza φ i (t) nadobúdať M diskrétnych hodnôt, zvyčajne definovaných takto:

najviac jednoduchý príklad kľúčovanie fázovým posunom je binárne kľúčovanie fázovým posunom (PM2). Parameter E je energia symbolu, T je čas prenosu symbolu. Činnosťou modulačného obvodu je posunutie fázy modulovaného signálu s i (t) o jednu z dvoch hodnôt, nulu alebo π (180 0). Typický pohľad na signál PM2 je znázornený na obr. 3.1.a), kde sú charakteristické ostré fázové zmeny zreteľne viditeľné počas prechodu medzi symbolmi; ak modulovaný dátový tok pozostáva zo striedajúcich sa núl a jednotiek, takéto náhle zmeny nastanú pri každom prechode. Modulovaný signál môže byť reprezentovaný ako vektor na grafe v polárnych súradniciach; dĺžka vektora zodpovedá amplitúde signálu a jeho orientácia vo všeobecnom M-árnom prípade zodpovedá fáze signálu vzhľadom na ostatné M - 1 signály množiny. Pri modulácii FM2 (obr. 3.1.b)) vektorová reprezentácia dáva dva antifázové (180 0) vektory. Súbory signálov, ktoré môžu byť reprezentované takýmito mimofázovými vektormi, sa nazývajú antipódy.

Ryža. 3.1. Binárne kľúčovanie fázovým posunom.

Ďalším príkladom kľúčovania fázovým posunom je modulácia PM4 (M=4). Pri modulácii PM4 je parameter E energia dvoch symbolov, čas T je doba prenosu dvoch symbolov. Fáza modulovaného signálu nadobúda jednu zo štyroch možných hodnôt: 0, π/2, π, 3π/2. Vo vektorovej reprezentácii má signál FM4 tvar znázornený na obr. 3.2.

Ryža. 3.2. Signál FM4 vo vektorovej reprezentácii.

Zoberme si ďalší typ kľúčovania fázovým posunom – relatívne kľúčovanie fázovým posunom (RPK) alebo diferenciálne kľúčovanie fázovým posunom (DPSK). Názov diferenciálneho kľúčovania fázovým posunom vyžaduje určité vysvetlenie, pretože so slovom "diferenciálny" sú spojené dva rôzne aspekty procesu modulácie/demodulácie: procedúra kódovania a procedúra detekcie. Pojem "diferenciálne kódovanie" sa používa, keď kódovanie binárnych znakov nie je určené ich hodnotou (tj nula alebo jedna), ale tým, či je znak rovnaký alebo odlišný od predchádzajúceho. Pojem "diferenciálna koherentná detekcia" signálov v diferenciálnej modulácii PSK (v tomto význame sa zvyčajne používa názov DPSK) je spojený s detekčnou schémou, ktorá sa často označuje ako nekoherentné schémy, pretože nevyžaduje fázová zhoda s prijatým nosičom.

V nekoherentných systémoch sa nesnaží určiť skutočnú hodnotu fázy prichádzajúceho signálu. Ak je teda prenášaný signál vo forme

prijatý signál možno opísať nasledovne.

Tu je α ľubovoľná konštanta, ktorá sa zvyčajne považuje za náhodnú premennú rovnomerne rozloženú medzi nulou a 2π, a n(t) je šum.

Na koherentnú detekciu sa používajú prispôsobené filtre; pre nekoherentnú detekciu je to nemožné, pretože v tomto prípade bude výstup prispôsobeného filtra závisieť od neznámeho uhla α. Ale ak predpokladáme, že α sa mení pomaly vzhľadom na interval dvoch periód (2T), potom fázový rozdiel medzi dvoma po sebe nasledujúcimi signálmi nebude závisieť od α.

Základ diferenciálnej detekcie koherentného signálu pri modulácii DPSK je nasledujúci. Proces demodulácie môže použiť nosnú fázu predchádzajúceho symbolového intervalu ako fázovú referenciu. Jeho použitie vyžaduje diferenciálne kódovanie sekvencie správ vo vysielači, pretože informácia je kódovaná fázovým rozdielom medzi dvoma po sebe nasledujúcimi impulzmi. Na prenos i-tej správy (i=1,2,…,M) musí byť fáza aktuálneho signálu posunutá o φ i =2πi/M radiánov vzhľadom na fázu predchádzajúceho signálu. Vo všeobecnosti detektor vypočítava súradnice prichádzajúceho signálu určením jeho korelácie s lokálne generovanými signálmi cosω 0 t a sinω 0 t. Potom, ako je znázornené na obr. 3.3., detektor meria uhol medzi vektorom aktuálne prijímaného signálu a vektorom predchádzajúceho signálu.

Ryža. 3.3. Signálny priestor pre schému DPSK.

Schéma DPSK je menej efektívna ako PSK, pretože v prvom prípade v dôsledku korelácie medzi signálmi majú chyby tendenciu sa šíriť (do susedných symbolových časov). Je potrebné pripomenúť, že schémy PSK a DPSK sa líšia v tom, že v prvom prípade sa prijímaný signál porovnáva s ideálnym referenčným signálom a v druhom prípade sa porovnávajú dva zašumené signály. Všimnite si, že modulácia DPSK produkuje dvakrát toľko šumu ako modulácia PSK. Pri používaní DPSK teda treba počítať s dvojnásobnou pravdepodobnosťou chyby ako v prípade PSK. Výhodou schémy DPSK je nižšia komplexnosť systému.

3.3 Modulácia s minimálnym frekvenčným posunom.

Jednou zo schém nespojitej modulácie je kľúčovanie s minimálnou frekvenciou (MSK). MSK si možno predstaviť ako špeciálny prípad kľúčovania frekvenčným posunom bez fázovej diskontinuity. Signál MSK môže byť reprezentovaný nasledovne.

Tu je fo nosná frekvencia, d k = ± 1 predstavuje bipolárne dáta, ktoré sa prenášajú rýchlosťou R = 1/T, a x k je fázová konštanta pre k-tý bitový interval. Všimnite si, že keď d k = 1, vysielaná frekvencia je f 0 +1/4T, a keď d k =-1 je f 0 -1/4T. Počas každého T-sekundového intervalu prenosu dát je hodnota x k konštantná, t.j. x k = 0 alebo π, čo je dané požiadavkou spojitosti fázy signálu v časoch t = kT. Táto požiadavka ukladá obmedzenie na fázu, ktorá môže byť reprezentovaná nasledujúcim rekurzívnym vzťahom pre x k .

Rovnicu pre s(t) je možné prepísať do kvadratúrnej reprezentácie.

Fázová zložka je označená ako ak cos(πt/2T)cos2πf 0 t, kde cos2πf 0 t je nosná, cos(πt/2T) je sínusové váženie symbolu a k je termín závislý od údajov. Podobne kvadratúrna zložka je b k sin(πt/2T)sin2πf 0 t, kde sin2πf 0 t je nosný kvadratúrny člen, sin(πt/2T) je rovnaké sínusové váženie symbolu a bk je informačne závislý člen. Môže sa zdať, že hodnoty a k a b k môžu meniť svoju hodnotu každých T sekúnd. Kvôli požiadavke fázovej spojitosti sa však hodnota a k môže meniť len vtedy, keď funkcia cos(πt/2T) prechádza nulou a bk iba vtedy, keď sin(πt/2T) prechádza nulou. Preto je váženie symbolov v jednofázovom alebo kvadratúrnom kanáli sínusový impulz s periódou 2T a premenlivým znamienkom. Fázová a kvadratúrna zložka sú voči sebe posunuté o T sekúnd.

Výraz pre s(t) možno prepísať do inej formy.

Tu dI(t) a dQ(t) majú rovnaký význam toku dát vo fáze a v kvadratúre. Schéma MSK napísaná v tejto forme sa niekedy označuje ako predkódovaná MSK. Grafické znázornenie s(t) je uvedené na obr. 3.4. Na obr. 3.4. a) a c) ukazuje sínusové váženie impulzov v súčasnom a kvadratúrnom kanáli, tu vynásobením sínusoidou získate viac plynulé prechody fáze ako v pôvodnej reprezentácii údajov. Na obr. 3.4. b) a d) znázorňuje moduláciu ortogonálnych zložiek cos2πf 0 t a sin2πf 0 t sínusovými dátovými tokmi. Na obr. 3.4. e) súčet ortogonálnych zložiek znázornených na obr. 3.4. b) a d). Z výrazu pre s(t) a Obr.3.4. môžeme z toho vyvodiť nasledovné: 1) signál s(t) má konštantnú obálku; 2) RF nosná fáza je spojitá pri bitových prechodoch; 3) signál s(t) možno považovať za FSK modulovaný signál s prenosovými frekvenciami f 0 +1/4T a f 0 -1/4T. Minimálny rozostup tónov požadovaný pre moduláciu MSK teda možno zapísať ako:

čo sa rovná polovici bitovej rýchlosti. Všimnite si, že rozostup tónov požadovaný pre MSK je polovičný (1/T) rozostupu požadovaný na nekoherentnú detekciu signálov modulovaných FSK. Nosná fáza je totiž známa a spojitá, čo umožňuje koherentnú demoduláciu signálu.

Ryža. 3.4. Kľúčovanie s minimálnym posunom: a) modifikovaný prúd bitov vo fáze; b) súčin prúdu bitov vo fáze a nosiča; c) modifikovaný kvadratúrny bitový tok; d) súčin kvadratúrneho bitového toku a nosiča; e) signál MSK.

3.4 Kvadratúrna modulácia a jej charakteristiky ( Q PSK , QAM )

Zvážte kľúčovanie s kvadratúrnym fázovým posunom (QPSK). Počiatočný dátový tok d k (t) = d 0, d 1, d 2,... pozostáva z bipolárnych impulzov, t.j. d k nadobúda hodnoty +1 alebo -1 (obr. 3.5.a)), ktoré predstavujú binárnu jednotku a binárnu nulu. Tento prúd impulzov je rozdelený na prúd d I (t) a kvadratúrny prúd - d Q (t), ako je znázornené na obr. 3.5.b).

d I (t) = d 0 , d 2 , d 4 ,... (párne bity)

d Q (t) = d 1 , d 3 , d 5 ,... (nepárne bity)

Pohodlnú ortogonálnu implementáciu signálu QPSK je možné získať použitím amplitúdovej modulácie fázových a kvadratúrnych tokov na sínusových a kosínusových funkciách nosnej vlny.

Pomocou trigonometrických identít možno s(t) znázorniť takto: s(t)=cos(2πf 0 t+θ(t)). Modulátor QPSK znázornený na obr. 3.5.c), používa súčet sínusových a kosínusových členov. Prúd impulzov d I (t) sa používa na amplitúdovú moduláciu (s amplitúdou +1 alebo -1) kosínus. To je ekvivalentné posunutiu fázy kosínusovej vlny o 0 alebo π; výsledkom je teda signál BPSK. Podobne prúd impulzov d Q (t) moduluje sínusoidu, ktorá dáva signál BPSK ortogonálny k predchádzajúcemu. Keď sa tieto dve ortogonálne nosné zložky spočítajú, získa sa signál QPSK. Hodnota θ(t) bude zodpovedať jednej zo štyroch možných kombinácií d I (t) a d Q (t) vo výraze pre s(t): θ(t)=0 0, ±90 0 alebo 180 0 ; výsledné signálové vektory sú znázornené v signálovom priestore na obr. 3.6. Pretože cos(2πf 0 t) a sin(2πf 0 t) sú ortogonálne, dva signály BPSK môžu byť detekované oddelene. QPSK má oproti BPSK niekoľko výhod: pri modulácii QPSK jeden impulz prenesie dva bity, potom sa rýchlosť prenosu dát zdvojnásobí alebo pri rovnakej rýchlosti prenosu dát ako v schéme BPSK sa použije polovičná šírka pásma; ako aj zvýšená odolnosť proti hluku, tk. pulzy sú dvakrát dlhšie, a teda silnejšie ako pulzy BPSK.

Ryža. 3.5. Modulácia QPSK.

Ryža. 3.6. Priestor signálu pre schému QPSK.

Kvadratúrnu amplitúdovú moduláciu (KAM, QAM) možno považovať za logické rozšírenie QPSK, keďže signál QAM pozostáva aj z dvoch nezávislých amplitúdovo modulovaných nosných.

Pri kvadratúrnej amplitúdovej modulácii sa mení fáza aj amplitúda signálu, čo umožňuje zvýšiť počet kódovaných bitov a zároveň výrazne zvýšiť odolnosť voči šumu. Kvadratúrna reprezentácia signálov je pohodlný a pomerne univerzálny prostriedok na ich opis. Kvadratúrna reprezentácia spočíva vo vyjadrení kmitania ako lineárnej kombinácie dvoch ortogonálnych zložiek - sínusovej a kosínusovej (fázovej a kvadratúrnej):

s(t)=A(t)cos(ωt + φ(t))=x(t)sinωt + y(t)cosωt, kde

x(t)=A(t)(-sinφ(t)),y(t)=A(t)cosφ(t)

Takáto diskrétna modulácia (kľúčovanie) sa uskutočňuje cez dva kanály, na nosných navzájom posunutých o 90 0, t.j. v kvadratúre (odtiaľ názov).

Vysvetlime si činnosť kvadratúrneho obvodu na príklade tvorby štvorfázových FM signálov (FM-4) (obr. 3.7).

Ryža. 3.7. Schéma kvadratúrneho modulátora.

Ryža. 3.8. Priestor hexadecimálneho signálu (QAM-16).

Počiatočná sekvencia binárnych symbolov trvania T je rozdelená posuvným registrom na nepárne impulzy y, ktoré sú privádzané do kvadratúrneho kanála (cosωt), a párne impulzy x, ktoré vstupujú do súfázového kanála (sinωt). Obidve sekvencie impulzov sú privádzané na vstupy príslušných tvarovačov manipulovaných impulzov, na výstupoch ktorých sa vytvárajú sekvencie bipolárnych impulzov x(t) a y(t) s amplitúdou ±U m a trvaním 2T. Impulzy x(t) a y(t) prichádzajú na vstupy kanálových multiplikátorov, na výstupoch ktorých sa vytvárajú dvojfázové (0, π) kmity FM. Po sčítaní tvoria signál FM-4.

Na obr. 3.8. Je zobrazený 2D signálový priestor a súbor hexadecimálnych signálových vektorov modulovaných QAM znázornených bodkami usporiadanými do pravouhlého poľa.

Z obr. 3.8. možno vidieť, že vzdialenosť medzi signálovými vektormi v signálovom priestore s QAM je väčšia ako s QPSK, preto je QAM viac odolná voči šumu v porovnaní s QPSK,

3.5 Implementácia kvadratúrnych modemov

Modem je určený na prenos/prijímanie informácií cez bežné telefónne káble. V tomto zmysle modem funguje ako rozhranie medzi počítačom a telefónnou sieťou. Jeho hlavnou úlohou je konvertovať prenášané informácie do formy prijateľnej na prenos cez telefónne kanály a konvertovať prijaté informácie do formy prijateľnej pre počítač. Ako viete, počítač je schopný spracovávať a prenášať informácie binárny kód, teda vo forme postupnosti logických núl a jednotiek, nazývaných bity. Logickej jednotke môže byť priradená vysoká úroveň napätia a logickej nule môže byť priradená úroveň nízkeho napätia. Pri prenose informácií po telefónnych drôtoch je potrebné, aby charakteristiky prenášaných elektrických signálov (výkon, spektrálne zloženie atď.) spĺňali požiadavky prijímacieho zariadenia ústredne. Jednou z hlavných požiadaviek je, že spektrum signálu by malo byť v rozsahu od 300 do 3400 Hz, to znamená, že by nemalo mať šírku väčšiu ako 3100 Hz. Aby sa splnili tieto a mnohé ďalšie požiadavky, údaje sa podrobia vhodnému kódovaniu, ktoré v skutočnosti spracuje modem. Existuje niekoľko spôsobov možného kódovania, pri ktorých sa dáta môžu prenášať cez kanály prepínané predplatiteľmi. Tieto metódy sa navzájom líšia, a to ako z hľadiska prenosovej rýchlosti, tak aj odolnosti voči rušeniu. Zároveň, bez ohľadu na spôsob kódovania, sa dáta prenášajú cez účastnícke kanály iba v analógovej forme. To znamená, že na prenos informácií sa používa sínusový nosný signál, ktorý je podrobený analógovej modulácii. Použitie analógovej modulácie má za následok oveľa menšie spektrum pri konštantnej bitovej rýchlosti. Analógová modulácia je metóda fyzického kódovania, pri ktorej sa informácie kódujú zmenou amplitúdy, frekvencie a fázy signálu sínusovej nosnej frekvencie. Existuje niekoľko základných metód analógovej modulácie: amplitúda, frekvencia a relatívna fáza. Modemy používajú uvedené spôsoby modulácie, nie však jednotlivo, ale všetky spolu. Napríklad, amplitúdovej modulácie možno použiť v spojení s fázovou moduláciou (amplitúdovo-fázová modulácia). Hlavným problémom, ktorý vzniká pri prenose informácií cez účastnícke kanály, je zvýšenie rýchlosti. Rýchlosť je obmedzená spektrálnou šírkou pásma komunikačného kanála. Existuje však spôsob, ako výrazne zvýšiť rýchlosť prenosu informácií bez zväčšenia šírky spektra signálu. Hlavnou myšlienkou tejto metódy je použitie viacpolohového kódovania. Sekvencia dátových bitov je rozdelená do skupín (symbolov), z ktorých každá je spojená s určitým diskrétnym stavom signálu. Napríklad pomocou 16 rôznych stavov signálu (môžu sa navzájom líšiť, amplitúdou aj fázou), je možné kódovať všetky možné kombinácie pre sekvencie 4 bitov. V súlade s tým bude 32 diskrétnych stavov kódovať skupinu piatich bitov v jednom stave. V praxi sa na zvýšenie rýchlosti prenosu informácií používa hlavne viacpolohová amplitúdovo-fázová modulácia s niekoľkými možnými hodnotami úrovní amplitúdy a fázového posunu signálu. Tento typ modulácie sa nazýva kvadratúrna amplitúdová modulácia (QAM). V prípade QAM sú stavy signálu vhodne zobrazené na signálovej rovine. Každý bod signálovej roviny má dve súradnice: amplitúdu a fázu signálu a je zakódovanou kombináciou bitovej sekvencie. Na zlepšenie odolnosti proti šumu kvadratúrnej amplitúdovej modulácie sa môže použiť takzvaná Trellisova modulácia (Trellis Code Modulation, TCM) alebo inými slovami mriežkové kódovanie. Pomocou mriežkovej modulácie sa ku každej skupine bitov prenášaných v jednom stave diskrétneho signálu pridá jeden extra bit mriežky. Ak sú napríklad informačné bity rozdelené do skupín po 4 bitoch (celkom je možných 16 rôznych kombinácií), potom je v signálovej rovine umiestnených 16 signálových bodov. Pridanie piateho mriežkového bitu bude mať za následok 32 možných kombinácií, t.j. počet signálnych bodov sa zdvojnásobí. Nie všetky kombinácie bitov sú však povolené, to znamená, že dávajú zmysel. Toto je myšlienka kódovania mriežky. Hodnota pridaného mriežkového bitu je určená špeciálnym algoritmom. Za výpočet pridaného mriežkového bitu je zodpovedný špeciálny kodér. Na prijímacom modeme je na analýzu prichádzajúcich bitových sekvencií navrhnutý špeciálny dekodér, takzvaný Viterbiho dekodér. Ak sú prijaté sekvencie legálne, potom sa prenos považuje za bezchybný a mriežkový bit sa jednoducho odstráni. Ak sú medzi prijatými sekvenciami zakázané sekvencie, potom pomocou špeciálneho algoritmu dekodér Viterbi nájde najvhodnejšiu povolenú sekvenciu, čím opraví chyby prenosu. Takže zmyslom mriežkového kódovania je zvýšiť odolnosť prenosu voči šumu za cenu relatívne malej redundancie. Použitie mriežkového kódovania umožňuje chrániť pred zauzlením práve tie body susediace v signálovom priestore, ktoré sú práve najviac náchylné na možnosť "zamotania" vplyvom rušenia.

4. Charakteristika príjmu signálu v telekomunikačných systémoch

4.1 Pravdepodobnosti chýb diskriminácie M známe signály

Detekcia signálu v rádiovej elektronike sa chápe ako analýza prijatej oscilácie y(t), ktorá vyvrcholí rozhodnutím o prítomnosti alebo neprítomnosti nejakej užitočnej zložky v nej, ktorá sa nazýva signál. Rozlišovanie M signálov je definované ako analýza prijatého kolísania y(t), končiaca rozhodnutím o tom, ktorý z M signálov patrí do vopred špecifikovanej množiny S(s 0 (t), s 1 (t), .. sM-1(t)) je prítomný v y(t). Detekcia signálu je špeciálny prípad rozlíšenia dvoch signálov, z ktorých jeden sa rovná nule počas celého pozorovacieho intervalu.

Nech je pozorovaná fluktuácia y(t) realizáciou náhodného procesu, ktorý má rozdelenie W y, t.j. n-rozmerná hustota pravdepodobnosti (PW) W(y) [alebo PW funkčná W(y(t))] patriaca do jednej z M neprekrývajúcich sa tried W i (W i ∩ W k =Ø, i≠k, i, k = 0, 1, ..., M-1). Je potrebné po spozorovaní implementácie y(t) rozhodnúť, ktorá z tried patrí do W y . Predpoklad, že W y W i sa nazýva hypotéza H i: W y W i. Rozhodnutia, ktoré sú výsledkom testovania hypotéz, budeme označovať , kde i(0, 1, …, M-1) je číslo hypotézy, ktorej pravdivosť je rozhodnutím deklarovaná. Analyzovaná oscilácia y(t) je výsledkom interakcie v nej prítomného signálu s i (t) s rušivým náhodným procesom (interferencia, šum) x(t): y(t)=F. Ktorý z M možných signálov je prítomný v y(t), určuje PV súboru, do ktorého patrí y(t), takže každé s i (t) zodpovedá nejakej triede W i rozdelenia súboru reprezentovaného y(t). ). S hypotézami Hi sa teda zaobchádza ako s predpokladmi o prítomnosti i-tého (a iba i-tého) signálu v y(t). V tomto prípade riešenia, z ktorých jedno je výsledkom diskriminačnej procedúry, sú tvrdenia, že prijatá oscilácia obsahuje presne i-tý signál. Hypotézy H i zodpovedajú triedam W i. Hypotéza H i sa nazýva jednoduchá, ak trieda W i obsahuje len jedno rozdelenie. Akákoľvek iná hypotéza sa nazýva komplexná. M komplexné hypotézy sa nazývajú parametrické, ak sa im zodpovedajúce triedy navzájom líšia iba v hodnotách konečného počtu parametrov rovnakého rozdelenia opísaných známym zákonom. V opačnom prípade sa hypotézy nazývajú parametrické.

Zvážte rozlíšenie M deterministických nenulových signálov rovnakej energie. V tomto prípade sa za základ použije pravidlo maximálnej pravdepodobnosti (ML).

optimálne v prípade, keď je kritériom kvality súčet pravdepodobností podmienených chýb, alebo celková pravdepodobnosť chyby s rovnakými aposteriórnymi pravdepodobnosťami všetkých signálov p i =1/M.

Pre ľubovoľné M, diskriminátor dodržiavajúci pravidlo MP považuje signál prítomný v y(t) za najmenej vzdialený od y(t) v zmysle euklidovskej vzdialenosti. alebo, čo je ekvivalentné pre rovnaké energie signálu, ktoré má maximálnu koreláciu s y(t) . Ak budeme signály s 0 (t), s 1 (t), ..., s M -1 (t) považovať za zväzok vektorov umiestnených v M-rozmernom priestore, potom v záujme zníženia pravdepodobnosti zámeny i-tý signál s k -tým, je potrebné čo najviac „rozložiť“ i-tý a k-tý vektor. Optimálny výber M deterministických signálov sa teda redukuje na nájdenie takej konfigurácie zväzku M vektorov, v ktorej by minimálna euklidovská vzdialenosť medzi párom vektorov bola maximálna: mind ik =max (i≠k). Odkedy sú energie rovnaké, t.j. vektorové dĺžky

kde ρ ik je korelačný koeficient i-tého a k-tého signálu, E je energia signálu, potom požiadavka na maximálnu minimálnu vzdialenosť je zhodná s podmienkou minima maximálneho korelačného koeficientu v súbore signálov. S(so (t), si (t), ..., sM-1 (t)). Maximálne dosiahnuteľné minimum maximálneho korelačného koeficientu sa stanoví pomerne jednoducho. Sčítaním ρ ik cez všetky i a k ​​dostaneme

kde nerovnosť vyplýva z nezápornosti štvorca pod integrálom. Navyše v súčte vľavo sa M členov pre i=k rovná jednej a zostávajúce M(M-1) nie je väčšie ako ρ max =max ρ ik (i≠k). Preto M+M(M-1)pmax ≥0 a pmax ≥-1/(M-1).

Konfigurácia M vektorov, v ktorej je kosínus uhla medzi ľubovoľnou dvojicou vektorov -1/(M-1), sa nazýva regulárny simplex. Ak sa tieto vektory vezmú ako M signály, potom výsledný deterministický súbor s ekvipravdepodobnosťou všetkých s i (t) poskytne minimum celkovej pravdepodobnosti chyby P osh, čo rieši problém optimálneho výberu M signálov. Pri M>>1 je splnený pomer -1/(M-1)≈0, a preto pri veľkom počte rozlíšiteľných signálov ortogonálny súbor prakticky nestráca na simplexný v hodnote P osh.

Postupnosť odvodenia presného výrazu pre pravdepodobnosť chyby rozlíšenia M signálov s ľubovoľným ρ ik je nasledovná. Hustota pravdepodobnosti (PD) sústavy náhodných veličín z 0, z 1 , …, z M -1 je M-rozmerný normálny zákon, na nastavenie ktorého stačí poznať priemery všetkých z i a ich korelačnej matice. Pre priemery, ak platí hypotéza H l, máme . Korelácia rovnaká i-tý okamih a k-tá korelácia sa rovná N 0 Eρ ik /2. Po nájdení M-rozmerného PV jeho M-násobný integrál na ploche z l ≥z i , i=0, 1, ..., M-1 vám umožní získať pravdepodobnosť správneho riešenia za podmienky, že H Som pravda. Súčet takýchto pravdepodobností vydelený M (berúc do úvahy ekvipravdepodobnosť signálov) bude celkovou pravdepodobnosťou správneho rozhodnutia P pr, spojenou s P osh zrejmou rovnosťou P osh \u003d 1-P o. . Takže pre všetky rovnako korelované (ekvidištantné) signály (ρ ik =ρ, i≠k)

V praktických výpočtoch sa tento výraz používa zriedkavo kvôli potrebe numerickej integrácie. Užitočný je jeho horný odhad, na odvodenie ktorého predpokladáme, že hypotéza H l je pravdivá. V tomto prípade chyba nastane vždy, keď je aspoň jedna z udalostí z i >z l, i≠l pravdivá. Jeho pravdepodobnosť P osh l rovná pravdepodobnosti spojenia udalostí z i >z l, i≠l podľa vety o sčítaní pravdepodobnosti,

a podľa Booleovej nerovnosti je nanajvýš prvým súčtom vpravo. Pretože každý člen tohto súčtu je pravdepodobnosť zámeny dvoch signálov, potom pre ekvidištantné signály

Tu je pomer signálu k šumu na výstupe filtra v súlade s s i (t) podľa hypotézy Hi, - pravdepodobnosť zámeny dvoch signálov. Pri ekvipravdepodobných signáloch (p i =1/M) sa dostávame na tzv. aditívnu hranicu celkovej pravdepodobnosti chyby.

Použitie tohto výrazu je odôvodnené na jednej strane asymptotickou konvergenciou jeho pravej strany a P br, keďže požiadavky na kvalitu diskriminácie sa zvyšujú (P br → 0), a na druhej strane výberom potrebných energia signálu ( minimálna hodnota q) na základe pravej strany výrazu developer koná vždy so známym zaistením, pričom zabezpečí, aby sa skutočná pravdepodobnosť chyby udržala pod hodnotou, ktorú akceptoval vo výpočte.

4.2 Pravdepodobnosti chýb diskriminácie M kolísavé signály

Zďaleka nie vždy si pozorovateľ a priori podrobne uvedomuje rozlíšiteľné signály. Častejšie vopred nepozná nielen počet signálov prítomných v analyzovanej implementácii, ale ani hodnoty akýchkoľvek parametrov (amplitúda, frekvencia, fáza atď.) každého z M možných signálov. V tomto prípade samotné signály už nie sú deterministické, pretože ich parametre nie sú nastavené; príslušný problém diskriminácie sa nazýva diskriminácia signálov s neznámymi parametrami.

Uvažujme o riešení tohto problému na príklade rozlíšenia signálov s náhodnými počiatočnými fázami. Takéto signály popisuje model

s i (t; φ) = Re ( i (t) exp),

kde f 0 je známa stredná frekvencia; φ je náhodná počiatočná fáza s a priori PV W 0 (φ); (t) =S(t)e jγ (t) je komplexná obálka signálu s(t), ktorá je realizáciou s(t; φ) pri φ=0: s(t)=s(t; 0); S(t) a γ(t) sú známe zákony amplitúdovej a uhlovej modulácie. Aplikácii pravidla ML musí predchádzať výpočet pravdepodobnostnej funkcie (funkčnej) W(y(t)|H i), t.j. spriemerovanie FP W(y(t)|Hi, φ) skonštruované pre deterministické signály s pevnou fázou φ cez všetky jej možné hodnoty, berúc do úvahy a priori SW W 0 (φ). Pri rovnomernej fáze PV W 0 (φ)=1/(2π), |φ|≤π, berúc do úvahy rovnosť energií všetkých rozlíšiteľných signálov, W(y(t)|H i) je modifikovaná nula - objednať Besselovu funkciu:

kde c je koeficient obsahujúci faktory, ktoré nezávisia od i, a je korelačný modul komplexných obálok prijatého kmitania y(t) a i-tého signálu. Monotónnosť funkcie I 0 ( ) na kladnej poloosi nám umožňuje prejsť na dostatočnú štatistiku Z i a zapísať MT pravidlo v tvare

Optimálny diskriminátor M signálov rovnakej energie s náhodnými počiatočnými fázami teda musí vypočítať všetky M hodnoty Z i a ak ich maximum je Z k , rozhodnúť o prítomnosti k-tého signálu v y. (t). To znamená, že signál obsiahnutý v pozorovanej oscilácii y(t) je ten, ktorého komplexná obálka má najvyššiu absolútnu koreláciu s komplexnou obálkou y(t).

Presné vzorce pre pravdepodobnosti chýb rozlíšenia M ľubovoľných signálov sú dosť ťažkopádne aj pre M = 2, avšak v aplikáciách sú súbory signálov, ktoré sú ortogonálne v rozšírenom zmysle, v aplikáciách bežnejšie. To znamená, že akékoľvek dva nezhodné signály s i (t; φ i), s k (t; φ k) sú ortogonálne pre akékoľvek hodnoty počiatočných fáz:

∫s i (t; φ i)s k (t; φ k)dt=0 pre ľubovoľné φ i , φ k a i≠k,

alebo ekvivalentne, deterministické komplexné obálky týchto signálov sú ortogonálne:

.

Podmienka ortogonality v silnom zmysle je prísnejšia ako zvyčajná požiadavka ortogonality, ktorá sa objavila skôr pri aplikácii na deterministické signály. Takže dva segmenty kosínusovej krivky posunuté o uhol ±π/2, ktoré sú v obvyklom zmysle ortogonálne, nie sú ortogonálne, keď sa zmení fázový posun, t.j. v posilnenom zmysle. Súčasne signály, ktoré sa neprekrývajú v čase alebo spektre, sú tiež ortogonálne v posilnenom zmysle.

Ak sa najprv pozrieme na rozlíšenie dvoch signálov, je ľahké pochopiť, že opačný pár, minimalizujúci P osh v triede deterministických signálov, je neprijateľný v problémoch, kde sú počiatočné fázy signálov náhodné. Jediný znak, ktorým sa odlišujú opačné signály, je totiž znak, t.j. prítomnosť alebo neprítomnosť termínu π v počiatočnej fáze. Keď však pred vstupom do diskriminátora každý zo signálov získa náhodný fázový posun, pokusy použiť počiatočnú fázu ako charakteristickú vlastnosť signálu sú bezvýznamné a diskriminátor sa musí zbaviť neinformatívnej hodnoty φ. Môžeme teda konštatovať, že v triede M≥2 signálov s náhodnými fázami nemajú simplexné súbory optimálne vlastnosti. Práve súbory signálov, ktoré sú ortogonálne v zosilnenom zmysle, sa ukážu ako optimálne: každý z týchto signálov spôsobuje odozvu na výstupe len jedného z filtrov prijímacieho obvodu, a teda miešanie i-tého signál s k-tou nastane len vtedy, ak bude mať obálka šumu na výstupe k -tý prispôsobený filter (SF) hodnotu presahujúcu hodnotu obálky súčtu signálu so šumom na výstupe i- SF. Porušenie podmienky ortogonality v rozšírenom zmysle povedie k reakcii na i-tý signál na výstupe nielen i-tého, ale aj iných SF, napríklad k-tého, čo bude mať za následok prekmit obálky pri výstup k-tej SF, väčší ako hodnota Z i, sa stáva pravdepodobnejším.

Na nájdenie pravdepodobnosti zámeny p 01 s 0 (t; φ) za s 1 (t; φ) pri rozlišovaní dvoch signálov je potrebné integrovať spojnicu PV Z 0, Z 1 pod hypotézu H 0 W(Z 0). , Z 1 |H 0) na ploche Z 1 >Z 0 . Pre signály, ktoré sú v zosilnenom zmysle ortogonálne, sú veličiny Z 0 a Z 1 nezávislé, preto W(Z 0 , Z 1 |H 0)=W(Z 0 |H 0)W(Z 1 |H 0). Jednorozmerné PV Z 0 a Z 1 sú známe: ak je H 0 Z 0 pravdivé, ako obálka súčtu signálu so šumom má zovšeobecnenú Rayleighovu PV; Z1 ako obálka iba šumu je Rayleighova náhodná premenná. Vynásobením týchto PV, po integrácii výslednej PV W(Z 0 , Z 1 | H 0) a zohľadnením zjavnej rovnosti p 01 = p 10 pre celkovú pravdepodobnosť chyby rozlíšenia dvoch rovnako pravdepodobných ortogonálnych signálov so zvýšeným zmyslom s náhodným fázy, získame

Opakovanie odôvodnenia bodu 4.2. (pre deterministické signály) vedie k aditívnej hranici

ktorý sa spravidla používa na odhad pravdepodobnosti chyby, ak počet rovnako pravdepodobných signálov, ortogonálnych v rozšírenom zmysle, je M≥2.

4.3 Výpočet chýb diskriminácie M signály s neznámymi neenergetickými parametrami

Zvážte problém rozlíšenia "M" ortogonálnych signálov s neznámou časovou pozíciou v asynchrónnych komunikačných systémoch s kódovým delením kanálov. Rozhodnutie o prítomnosti signálu v kanáli sa robí metódou maximálnej pravdepodobnosti. Nájdite pravdepodobnosť chyby diskriminácie, berúc do úvahy emisie hluku na intervale možných časových oneskorení signálov.

Predpokladajme, že existuje "M" účastníkov komunikačného systému, z ktorých každý používa svoj vlastný signál. Najväčšiu odolnosť voči šumu pri prenose informácií za takýchto podmienok poskytujú simplexné signály. Keď M>>1, odolnosť proti šumu takéhoto systému signálov sa prakticky zhoduje s odolnosťou proti šumu systému ortogonálnych signálov, pre ktoré

Tu E kf je energia signálu f k . Podmienka ortogonality, ktorú možno nazvať „ortogonalita v bode“, si v praxi vyžaduje systém spoločného času na organizáciu synchrónnej komunikácie. V asynchrónnych systémoch sa používajú signály ortogonálne v zosilnenom zmysle, pre ktoré pre všetky hodnoty τ k a τ m

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

Budeme uvažovať systém komplexných signálov (f k (t)), k=1…M, ortogonálny s ľubovoľným posunom. Medzi komplexnými signálmi sú signály s fázovým posunom (PM) s komplexnou obálkou formulára

kde a i je sekvenčný kód, u 0 (t) je tvar obálky základnej parcely, Δ je jej trvanie. V prípade pravouhlého tvaru obálky elementárnej parcely má autokorelačná funkcia (ACF) tvar:

Tu R°(τ)=(1-|τ|/Δ). V blízkosti maxima ACF R(τ)= R0 (τ)=(1-|τ|/Δ). Na vstupe prijímača, po prechode cez viaccestný kanál, môže byť užitočný signál zapísaný ako

δ n je relatívne oneskorenie signálu pozdĺž lúča s číslom n, τ je neznámy čas príchodu, ktorý je v intervale . ε n =A n /A 0 je relatívna amplitúda "n"-tého lúča, parameter ν má význam počtu dodatočných lúčov šírenia. Relatívne oneskorenia δ n >Δ, t.j. lúče sú oddelené pri spracovaní komplexného signálu. Keď ν=0, signál má tvar s(t)=A 0 f(t-τ 0).

Zvážte algoritmus spracovania. Prijímač dostane zmes

x(t)=s k (t-τ 0k)+η(t), (t),

kde s k (t) je jeden z možných signálov, k=1…M, τ 0 k je časové oneskorenie signálu, η(t) je biely Gaussov šum s nulovou strednou hodnotou a výkonovou spektrálnou hustotou N 0 /2. Je potrebné rozhodnúť, ktorý z M možných signálov je prítomný na vstupe prijímača. Zvážte prijímač bez viaccestnej kompenzácie. Lineárna časť takéhoto prijímača obsahuje M kanálov, v ktorých je štatistika formulára

Výraz pre L k (τ k) môže byť pre analýzu prepísaný do vhodnejšej formy

Tu a v nasledujúcich vzorcoch je index k vynechaný kvôli stručnosti, ak sa skúmajú charakteristiky jedného kanála, z 0 2 = 2A 0 2 E f /N 0 je pomer výkonu signálu k šumu, S(τ- τ 0)=∫f(t-τ ) f(t-τ 0)dt/E f je funkcia normalizovaného signálu, N(τ)=∫n(t)f(t-τ)dt je funkcia normalizovaného šumu s nulovým priemerom, jednotkovým rozptylom a korelačnou funkciou =S(τ"-τ""). Obálka funkcie signálu S(τ-τ 0) je ACF.

Podľa algoritmu maximálnej pravdepodobnosti sa rozhodnutie v prospech signálu s číslom m urobí, ak supL m (τ m) ≥ supL k (τ k). Na nájdenie pravdepodobnosti správnych a nesprávnych rozhodnutí podľa tohto pravidla je potrebné vypočítať rozdelenie absolútnych maxím procesov L(τ) na intervale [Т 1 ,Т 2 ].

Uvažujme o metóde výpočtu pravdepodobnosti chyby pri rozlišovaní M signálov s neznámymi parametrami v prípade jednolúčového šírenia signálov (alebo v schéme optimálneho sčítania signálov). Označme H k =supL k (τ k) hodnotu štatistiky absolútneho maxima na výstupe k-tého kanála prijímača. Spoločné rozdelenie náhodných premenných (H 1 ,H 2 ,..H M ) zapíšeme ako w(u 1 ,u 2,..u M). Podmienka ortogonality pre signály f k (t) v štatistickom zmysle znamená nezávislosť náhodných veličín H k, k=1..M. Potom pravdepodobnosť správneho riešenia pomocou algoritmu maximálnej pravdepodobnosti možno zapísať ako

Ak vezmeme do úvahy podmienku ortogonality sústavy signálov (s k (t)), tak

Predpokladajme, že sústava signálov (s k (t)) má rovnakú energiu, teda z 0 m =z 0 k =z 0 . Potom môžu byť vzorce pre Hm a Hk prepísané ako

Distribučnú funkciu absolútneho maxima h k implementácie Gaussovho procesu s korelačnou funkciou R(τ) možno aproximovať vzorcom

ξ=(T2-T1)/Δ je zmenšená dĺžka apriórneho intervalu [T1,T2], ktorý má význam rozlišovacieho počtu PM signálov v tomto intervale. Aproximácia je asymptoticky presná ako ξ→∞, u→∞. Pre konečné hodnoty ξ a u je možné použiť presnejšiu aproximáciu

Integrál pravdepodobnosti. Pre ξ>>1 az 0 >>1 možno absolútnu maximálnu distribučnú funkciu h m zapísať ako F m (u)=F s (u)F N (u)≈Φ(u-z 0)F N (u). Dosadením výrazov F N (u) a F m (u) do vzťahu pre práva P dostaneme po príslušných transformáciách

Prvý člen zodpovedá apriórnej pravdepodobnosti správneho riešenia pre M rovnako pravdepodobných udalostí. Druhý člen určuje zmenu pravdepodobnosti v dôsledku rozhodnutia. Keďže z 0 →∞, integrál vo výraze pre P je pravý má tendenciu k 1, a teda P je pravý →1.

Celková pravdepodobnosť chyby rozlíšenia M signálov s neznámymi parametrami je rovná

Zo vzorcov je vidieť, že s nárastom počtu rozlíšiteľných signálov sa zvyšuje pravdepodobnosť rozhodovacej chyby P e (z 0). S nárastom apriórneho intervalu časových oneskorení signálov ξ sa výrazne zvyšuje pravdepodobnosť diskriminačnej chyby P e (z 0).

4.4 Porovnanie synchrónnych a asynchrónnych komunikačných systémov

Pri posudzovaní výkonu prijímača alebo demodulátora sa zvyčajne predpokladá určitá úroveň synchronizácie signálu. Napríklad pri koherentnej fázovej demodulácii (schéma PSK) sa predpokladá, že prijímač môže generovať referenčné signály, ktorých fáza je identická (možno až do konštantného posunu) s fázou prvkov abecedy signálu vysielača. Potom sa v procese rozhodovania o hodnote prijatého symbolu (na základe princípu maximálnej pravdepodobnosti) porovnávajú referenčné signály s prichádzajúcimi.

Pri generovaní takýchto referenčných signálov musí byť prijímač synchronizovaný s prijímanou nosnou frekvenciou. To znamená, že fáza prichádzajúceho nosiča a jeho kópie v prijímači sa musia zhodovať. Inými slovami, ak na prichádzajúcej nosnej nie je zakódovaná žiadna informácia, prichádzajúca nosná a jej kópia v prijímači prejdú cez nulu súčasne. Tento proces sa nazýva fázový záves (toto je podmienka, ktorá musí byť splnená čo najbližšie, ak chceme presne demodulovať koherentne modulované signály v prijímači). V dôsledku slučky fázového závesu je lokálny oscilátor prijímača frekvenčne a fázovo synchronizovaný s prijímaným signálom. Ak nosný signál moduluje priamo nie nosnú, ale pomocnú nosnú, je potrebné určiť fázu nosnej aj pomocnú nosnú. Ak vysielač nevykonáva fázovú synchronizáciu nosnej a pomocnej nosnej (čo zvyčajne robí), prijímač bude musieť vygenerovať kópiu pomocnej nosnej, pričom fázová kontrola kópie pomocnej nosnej bude oddelená od fázovej kontroly kópie nosnej. To umožňuje prijímaču získať fázový zámok na nosnej aj na pomocnej nosnej.

Okrem toho sa predpokladá, že príjemca presne vie, kde prichádzajúci znak začína a kde končí. Tieto informácie sú potrebné na to, aby ste poznali vhodný interval integrácie symbolov - interval energetickej integrácie pred rozhodnutím o hodnote symbolu. Je zrejmé, že ak sa prijímač integruje v intervale nevhodnej dĺžky alebo v intervale zahŕňajúcom dva symboly, schopnosť urobiť presné rozhodnutie sa zníži.

Je možné vidieť, že symbolová a fázová synchronizácia majú spoločné to, že obe zahŕňajú vytvorenie kópie časti verného signálu v prijímači. Pre fázový zámok to bude presná kópia nosiča. Symbolicky ide o meander s prechodom nulou súčasne s prechodom prichádzajúceho signálu medzi symbolmi. O prijímači, ktorý to dokáže, sa hovorí, že má časovanie symbolov. Pretože je typicky veľmi veľký počet periód nosných na periódu symbolu, táto druhá úroveň synchronizácie je oveľa hrubšia ako fázová synchronizácia a zvyčajne sa vykonáva s použitím inej schémy, než ktorá sa používa pri fázovej synchronizácii.

Mnoho komunikačných systémov vyžaduje ešte vyššiu úroveň synchronizácie, bežne označovanú ako synchronizácia rámcov. Synchronizácia snímok sa vyžaduje, keď sa informácie doručujú v blokoch alebo správach obsahujúcich pevný počet znakov. K tomu dochádza napríklad vtedy, keď sa blokový kód používa na implementáciu schémy ochrany pred chybami, alebo ak je komunikačný kanál časovo rozdelený a je používaný viacerými používateľmi (technológia TDMA). Pri blokovom kódovaní musí dekodér poznať polohu hraníc medzi kódovými slovami, čo je nevyhnutné pre správne dekódovanie správy. Pri použití kanála s časovým delením potrebujete poznať umiestnenie hraníc medzi používateľmi kanála, čo je nevyhnutné pre správne smerovanie informácií. Podobne ako synchronizácia symbolov, aj rámcovanie je ekvivalentné schopnosti generovať štvorcovú vlnu pri snímkovej frekvencii s nulovými prechodmi, ktoré sa zhodujú s prechodmi z jednej snímky do druhej.

Väčšina digitálnych komunikačných systémov využívajúcich koherentnú moduláciu vyžaduje všetky tri úrovne synchronizácie: fázu, symbol a rámec. Nekoherentné modulačné systémy zvyčajne vyžadujú iba synchronizáciu symbolov a rámcov; keďže modulácia je nekoherentná, nevyžaduje sa presná fázová synchronizácia. Okrem toho nekoherentné systémy vyžadujú frekvenčnú synchronizáciu. Frekvenčná synchronizácia sa líši od fázovej synchronizácie v tom, že kópia nosnej generovaná prijímačom môže mať ľubovoľné fázové posuny od prijatej nosnej. Štruktúra prijímača môže byť zjednodušená, ak nie je požiadavka na určenie presnej hodnoty fázy prichádzajúcej nosnej vlny. Bohužiaľ, toto zjednodušenie má za následok zhoršenie závislosti spoľahlivosti prenosu na pomere signálu k šumu.

Až doteraz bola stredobodom diskusie prijímacia strana komunikačného kanála. Niekedy však vysielač preberá aktívnejšiu úlohu pri synchronizácii – mení načasovanie a frekvenciu svojich prenosov tak, aby zodpovedali očakávaniam prijímača. Príkladom je satelitná komunikačná sieť, kde viaceré pozemné terminály vysielajú signály do jedného satelitného prijímača. Vo väčšine týchto prípadov vysielač používa spätné spojenie z prijímača na určenie presnosti časovania. Preto je často potrebná obojsmerná komunikácia alebo sieť, aby bola synchronizácia vysielača úspešná. Z tohto dôvodu sa časovanie vysielača často označuje ako časovanie siete.

Potreba synchronizácie prijímača je spojená s určitými nákladmi. Každá ďalšia úroveň synchronizácie znamená pre systém vyššie náklady. Najzrejmejšou investíciou peňazí je nutnosť dodatočného softvéru resp hardvér aby prijímač mohol prijímať a udržiavať synchronizáciu. Tiež, a to je menej zrejmé, niekedy platíme za čas potrebný na synchronizáciu pred začatím komunikácie alebo za energiu potrebnú na prenos signálov, ktoré sa použijú v prijímači na získanie a udržanie synchronizácie. V tomto prípade môže vzniknúť otázka, prečo by mal projektant komunikačného systému zvažovať návrh systému, ktorý si vyžaduje vysoký stupeň synchronizácia. Odpoveď: lepší výkon a všestrannosť.

Zvážte typické komerčné analógové AM rádio, ktoré môže byť dôležitou súčasťou vysielacieho komunikačného systému vrátane centrálneho vysielača a viacerých prijímačov. Tento systém komunikácia nie je synchronizovaná. Zároveň musí byť šírka pásma prijímača dostatočne široká, aby zahŕňala nielen informačný signál, ale aj akékoľvek kolísanie nosnej vlny v dôsledku Dopplerovho javu alebo driftu referenčnej frekvencie vysielača. Táto požiadavka na šírku pásma vysielača znamená, že do detektora sa dodáva dodatočná energia šumu, ktorá prevyšuje energiu teoreticky potrebnú na prenos informácií. O niečo sofistikovanejšie prijímače obsahujúce systém sledovania nosnej frekvencie môžu obsahovať úzky pásmový filter so stredom na nosnej, ktorý výrazne zníži energiu šumu a zvýši pomer prijímaného signálu k šumu. Preto, hoci sú bežné rádiové prijímače celkom vhodné na príjem signálov z veľkých vysielačov na vzdialenosť niekoľkých desiatok kilometrov, môžu byť v podmienkach nižšej kvality nefunkčné.

Pri digitálnych komunikáciách sa pri výbere modulácie často zvažujú kompromisy medzi výkonom a zložitosťou prijímača. Medzi najjednoduchšie digitálne prijímače patria tie, ktoré sú navrhnuté na použitie s binárnym FSK s nekoherentnou detekciou. Jedinou požiadavkou je bitová synchronizácia a sledovanie frekvencie. Ak však zvolíte koherentnú BPSK ako moduláciu, môžete získať rovnakú pravdepodobnosť bitovej chyby, ale s nižším pomerom signálu k šumu (približne 4 dB). Nevýhodou modulácie BPSK je to, že prijímač vyžaduje presné sledovanie fázy, čo môže byť zložitým konštrukčným problémom, ak majú signály vysoké dopplerovské frekvencie alebo slabnú.

Ďalší kompromis medzi nákladmi a výkonom zahŕňa kódovanie opravy chýb. Použitím vhodné metódy ochrana proti chybám môže výrazne zlepšiť výkon. Zároveň môžu byť náklady z hľadiska zložitosti prijímača vysoké. Správna činnosť blokového dekodéra vyžaduje, aby prijímač dosiahol synchronizáciu bloku, synchronizáciu rámca alebo synchronizáciu správ. Tento postup je doplnkom k bežnému dekódovaciemu postupu, aj keď existujú určité kódy na opravu chýb, ktoré majú zabudovanú synchronizáciu blokov. Konvolučné kódy tiež vyžadujú určitú dodatočnú synchronizáciu na dosiahnutie optimálneho výkonu. Hoci analýza výkonnosti konvolučných kódov často predpokladá nekonečnú dĺžku vstupnej sekvencie, v praxi to tak nie je. Preto, aby sa zabezpečila minimálna pravdepodobnosť chyby, dekodér musí poznať počiatočný stav (zvyčajne všetky nuly), od ktorého začína informačná sekvencia, konečný stav a čas dosiahnutia konečného stavu. Poznanie konca počiatočného stavu a dosiahnutie konečného stavu je ekvivalentné prítomnosti rámcovej synchronizácie. Okrem toho musí dekodér vedieť, ako zoskupiť symboly kanálov, aby urobil rozhodnutie o rozdelení. Táto požiadavka platí aj pre synchronizáciu.

Vyššie uvedená diskusia o kompromisoch sa týkala vzťahu medzi výkonom a zložitosťou jednotlivých kanálov a prijímačov. Stojí za zmienku, že schopnosť synchronizácie má tiež významný potenciálny vplyv na efektivitu a všestrannosť systému. Synchronizácia snímok vám umožňuje používať pokročilé, generické metódy viacnásobný prístup, podobný schémam viacnásobného prístupu založeného na dopyte (DAMA). Okrem toho, použitie techník rozprestretého spektra, tak schém s viacnásobným prístupom, ako aj schém potlačenia rušenia, vyžaduje vysokú úroveň synchronizácie systému. Tieto technológie ponúkajú možnosť vytvorenia veľmi všestranných systémov, čo je veľmi dôležitá vlastnosť pri zmene systému alebo pri vystavení úmyselnému či neúmyselnému rušeniu z rôznych externých zdrojov.

Záver

Prvá časť mojej práce popisuje princípy budovania bezdrôtových telekomunikačných komunikačných systémov: je uvedená schéma budovania celulárneho komunikačného systému, sú naznačené spôsoby separácie účastníkov v celulárnej komunikácii a výhody (dôvernosť a odolnosť voči šumu) separácie kódov v porovnaní s zaznamená sa čas a frekvencia a zohľadnia sa aj spoločné normy démon káblové pripojenie DECT, Bluetooth a Wi-Fi (802.11, 802.16).

Ďalej sú uvažované korelačné a spektrálne vlastnosti signálov a sú uvedené napríklad výpočty spektier niektorých signálov (obdĺžnikový impulz, Gaussov zvon, vyhladený impulz) a autokorelačné funkcie Barkerových signálov bežné v digitálnych komunikáciách a Walshove funkcie. sú uvedené typy komplexných signálov pre telekomunikačné systémy.

Tretia kapitola predstavuje modulačné metódy pre komplexné signály: metódy kľúčovania fázovým posunom, modulácia s minimálnym frekvenčným posunom (jedna z metód spojitej fázovej modulácie), kvadratúrna amplitúdová modulácia; a sú uvedené ich výhody a nevýhody.

Posledná časť práce obsahuje úvahu o chybových pravdepodobnostiach rozlíšenia M známych a M kolísavých signálov na pozadí šumu, ako aj algoritmus na výpočet chýb pri rozlišovaní M ortogonálnych signálov s neznámou časovou pozíciou v komunikácii s asynchrónnym delením kódu. systémov.

Bibliografia:

1. Ratýnsky M.V. Základy celulárnej komunikácie / Ed. D. B. Zimina - M .: Rádio a komunikácia, 1998. - 248 s.

2. Sklyar B. Digitálna komunikácia. Teoretické základy a praktické využitie, 2. vydanie.: Per. z angličtiny. – M.: Williams Publishing House, 2003. – 1104 s.

3. Shakhnovich I. Moderné technológie bezdrôtovej komunikácie. Moskva: Technosfera, 2004. - 168 s.

4. Baskakov S.I. Rádiové obvody a signály: Proc. pre vysoké školy na špeciálne "rádiové inžinierstvo". - 3. vyd., prepracované. a dodatočné - M .: Vyššie. škola, 2000. - 462 s.

5. Šumové signály v systémoch prenosu informácií. Ed. Prednášal prof. V.B. Pestrjakovej. M., „Sovy. rozhlas“, 1973. – 424 s.

6. Varakin L.E. Komunikačné systémy so signálmi podobnými šumu. - M.: Rozhlas a komunikácia, 1985. - 384 s.

7. Vishnevsky V.M., Lyakhov A.I., Portnoy S.L., Shakhnovich I.V. Širokopásmové pripojenie bezdrôtové siete prenos informácií. Moskva: Technosféra, 2005. - 592 s.

8. Radčenko Yu.S., Radčenko T.A. Účinnosť kódového oddelenia signálov s neznámym časom príchodu. Zborník z 5. medzinár. conf. "Radar, navigácia, komunikácia" - RLNC-99, Voronezh, 1999, v.1, s. 507-514.

9. Rádiotechnické systémy: Proc. pre vysoké školy na špeciálne "Rádiové inžinierstvo" / Yu.P. Grishin, V.P. Ipatov, Yu.M. Kazarinov a ďalší; Ed. Yu.M. Kazarinov. - M .: Vyššie. škola, 1990. - 469 s.

Včasný prenos informácií je základom pre stabilné fungovanie mnohých priemyselných odvetví a poľnohospodárstva.

Moderná informačná spoločnosť aktívne využíva rôzne telekomunikačné systémy na výmenu veľkého množstva informácií v krátkom čase.

Moderné telekomunikačné systémy a siete

Telekomunikačné systémy sú technické prostriedky určené na prenos veľkého množstva informácií cez komunikačné linky z optických vlákien. Telekomunikačné systémy sú spravidla navrhnuté tak, aby slúžili veľkému počtu používateľov: od niekoľkých desiatok tisíc až po milióny. Využívanie takéhoto systému zahŕňa pravidelný prenos informácií v digitálnej forme medzi všetkými účastníkmi telekomunikačnej siete.

Hlavnou črtou moderných sieťových zariadení je zabezpečiť neprerušované spojenie, aby sa informácie neustále prenášali. Zároveň je povolené pravidelné zhoršovanie kvality komunikácie v čase nadviazania spojenia, ako aj periodické technické problémy spôsobené vonkajšími faktormi.

Druhy a klasifikácia telekomunikačných komunikačných systémov

Moderné telekomunikačné systémy sú kombinované podľa niekoľkých hlavných vlastností.

V závislosti od účelu sa rozlišujú systémy televízneho vysielania, osobná komunikácia a počítačové siete.

V závislosti od technickej podpory používanej na prenos informácií sa rozlišujú tradičné káblové komunikačné systémy, pokročilejšie - optické vlákna, ako aj pozemné a satelitné.

V závislosti od spôsobu kódovania poľa informácií sa rozlišujú analógové a digitálne komunikačné kanály. Posledný typ sa stal rozšíreným, zatiaľ čo analógové komunikačné kanály sú dnes čoraz menej žiadané.

Počítačové systémy

Počítačové systémy sú súborom niekoľkých počítačov, zjednotených v jednom informačnom poli pomocou káblov a špecializovaných programov.

Súbor nainštalovaných zariadení a softvéru je autonómny samoregulačný systém, ktorý slúži podniku ako celku.

V závislosti od ich funkcií sa vybavenie počítačového systému delí na:

• služba (na prechodné a záložné ukladanie informácií);


• aktívne (na zabezpečenie včasnej a kvalitnej signalizácie;


• osobné zariadenia.

Na zabezpečenie chodu celého systému je potrebný vhodný softvér, správne nakonfigurovaný na základe potrieb používateľov.

Rádiotechnika a televízne systémy

V srdci rádiokomunikačných systémov sú elektromagnetické oscilácie ktoré sú vysielané na špeciálnom rozhlasovom kanáli. Prevádzkovou jednotkou systému je signál, ktorý je prevedený vo vysielači a následne transformovaný na informačnú správu v prijímači.

Základom nepretržitého fungovania rádiotechnických systémov je komunikačná linka - fyzické prostredie a hardvér, ktoré zabezpečujú včasný a úplný prenos informácií.

Televízne systémy fungujú na podobnom princípe prijímača a vysielača. Väčšina z nich využíva digitálny signál, čo umožňuje prenos správy vo vyššej kvalite.

Globálne telekomunikačné systémy

Globálne telekomunikačné systémy zahŕňajú hardvér a softvér, ktorý spája používateľov bez ohľadu na ich fyzickú polohu na planéte. Hlavnou črtou globálnych sietí je intelektualizácia, ktorá uľahčuje využitie kapacity siete s optimálnou účinnosťou a zároveň minimalizuje náklady na údržbu zariadení. Existuje niekoľko hlavných typov globálnych sietí.

Digitálne siete s integrovanými modulmi využívajú kontinuálne prepínanie okruhov, pričom dátové polia sú spracovávané v digitálnej forme. Používatelia siete majú prístup len k niektorým funkciám, rozhranie neumožňuje svojpomocne meniť technické parametre.

Siete X25 sú najstaršie, najspoľahlivejšie a osvedčené technológie na prenos informácií medzi neobmedzeným počtom používateľov. Hlavným rozdielom medzi takýmito sieťami je prítomnosť zariadenia na „skladanie“ jednotlivých blokov prenášaných informácií do „paketov“ pre čo najrýchlejší prenos.

Asynchrónny dátový režim je moderná technológia používaná pre širokopásmové siete, ktoré sú založené na kábloch z optických vlákien.

Optické telekomunikačné systémy

Základom optických telekomunikačných systémov je optický kábel, ktorý spája jednotlivé zariadenia do jednej globálnej siete.

Signály sa prenášajú pomocou infračerveného rozsahu žiarenia, pričom šírka pásma optického kábla je mnohonásobne väčšia ako u iných typov zariadení.

Technické vlastnosti materiálu poskytujú nízku úroveň útlmu signálu na veľké vzdialenosti, čo umožňuje použiť kábel na komunikáciu medzi kontinentmi. Kábel z optických vlákien, položený pozdĺž dna oceánu, je chránený pred neoprávneným prístupom, pretože je dosť technicky náročné zachytiť prenášané signály.

Viackanálové telekomunikačné systémy

Charakteristickým znakom takýchto komunikačných systémov je použitie niekoľkých kanálov na prenos informačných signálov.

Moderné telekomunikačné systémy využívajú kábel, vlnovod, rádiové relé, ako aj vesmírne komunikačné linky. Šifrovaný signál sa prenáša rýchlosťou niekoľkých gigabitov za sekundu na obrovské vzdialenosti.

Hlavnou výhodou viackanálových systémov je poskytovanie stabilná prevádzka. Keď jeden komunikačný kanál zlyhá, automaticky sa pripojí ďalší.

Používatelia sú chránení pred náhlym odpojením a stratou dôležitých informácií. Tieto systémy sú založené na štruktúrovaných káblových štruktúrach.

Multiservisné telekomunikačné systémy

Multiservisné telekomunikačné systémy sú hardvérové ​​a softvérové ​​prostredie určené na prenos dát pomocou technológie prepínania paketov – spájania jednotlivých blokov informácií do veľkých správ.

Znakom multiservisných systémov je potreba zabezpečiť stabilnú prevádzku všetkých prvkov dopravného prostredia. Na prenos dát, ako aj hlasových a obrazových informácií sa spravidla používajú rôzne technológie, no infraštruktúra je rovnaká. Základným princípom budovania multiservisných sietí je preto univerzálnosť. technologické riešenie, pomocou ktorého sa obsluhuje heterogénne zariadenie určené na vykonávanie rôznych operácií.

Multiservisný systém využíva na prenos dát jeden kanál rôzne druhy. To šetrí peniaze na údržbu systému a hardvér: jediný dizajn vyžaduje menej personálu a nákladov.

Štruktúra, vybavenie a komponenty telekomunikačných systémov

Srdcom každého telekomunikačného systému sú servery, ktoré uchovávajú a spracúvajú informácie požadované používateľmi.

Serverové miestnosti sú malé, priemyselne vetrané miestnosti, ktoré podporujú veľa veľkých pevných diskov.

Používateľské počítače sú prostriedkom komunikácie medzi databázou a konkrétnymi používateľmi informácií vykonávajúcimi vyhľadávacie dopyty.

Technickým základom telekomunikačných sietí sú komunikačné linky, teda médiá na prenos dát, ktoré sa používajú ako optické, koaxiálne alebo bezdrôtové komunikačné kanály.

Sieťové zariadenie, ktoré zabezpečuje prenos a príjem dát:

• modemy;
• adaptéry;
• smerovače;
• koncentrátory.

Takéto zariadenia dopĺňajú telekomunikačný systém a sú nevyhnutné pre stabilnú prevádzku.

Softvér umožňuje efektívne riadiť prevádzku inštalovaného zariadenia, čo zabezpečuje včasný prenos informácií v požadovaných objemoch.

Metódy a prostriedky merania v telekomunikačných systémoch

V závislosti od štádia implementácie sa rozlišujú tri typy meraní:

1. Inštalačné merania sa vykonávajú po inštalácii zariadenia, aby sa zabezpečilo, že všetky uzly telekomunikačného systému sú funkčné.


2. V priebehu práce je potrebné vykonať nastavovacie merania, ktoré vám umožnia prispôsobiť funkčnosť zariadenia meniacim sa podmienkam prostredia. Ak sa napríklad zmení hardvér alebo softvér v telekomunikačnom systéme, musí sa zabezpečiť, aby naďalej plne fungoval.


3. Pravidelne sa vykonávajú kontrolné alebo preventívne merania, aby sa predišlo náhlym poruchám v telekomunikačnej sieti.

Základy výstavby a inštalácie telekomunikačných systémov a sietí

Hlavným princípom budovania telekomunikačného systému akejkoľvek veľkosti a účelu je jeho rozdelenie na samostatné funkčné časti. Servisný čas každého z nich je skrátený, postup hľadania miesta poruchy v prípade akýchkoľvek technických porúch je zjednodušený.

Pri inštalácii systémov je navyše potrebné dbať na izoláciu samotného kábla, aby bol prenos dát čo najmenej závislý od vonkajších faktorov. Moderné káble z optických vlákien sú umiestnené pod zemou, na dne oceánu alebo v špeciálnych vlnách, čo ich maximálne chráni pred škodlivými účinkami.

Zabezpečovanie informačnej bezpečnosti telekomunikačných systémov

Hlavnou úlohou pri budovaní bezpečnostného systému v telekomunikáciách je zabrániť úniku informácií cez samostatné kanály. Príčinou takýchto javov môže byť hardvérové ​​poškodenie prenosového kanála (kábel s optickým vláknom), ako aj útok narušiteľov pomocou softvérových nástrojov.

V prvom prípade informačná bezpečnosť spočíva v zabezpečení kvalitných káblov, ktoré znesú veľkú záťaž a bežnú prevádzku.

V druhom prípade je potrebné vyvinúť, implementovať a udržiavať softvérové ​​nástroje, ktoré obmedzujú prístup k zdrojom telekomunikačného systému.

Telekomunikačné systémy hotelov

Hotelový biznis predstavuje celý rad služieb, ktoré poskytujú hosťom komfortné ubytovanie na území hotela. Práve preto je včasné poskytovanie úplných a spoľahlivých informácií o všetkom, čo môže hostí zaujímať, zárukou udržania si zákazníkov.

Telekomunikačné systémy v hotelových komplexoch spravidla pozostávajú z:

• video komunikácia;
• počítačové systémy;
• softvér.

Každý hosť tak dostane pohodlie bývania v izbe a všetky potrebné informácie.

Telekomunikačné systémy a siete železničnej dopravy

Na rozdiel od pohostinstva je hlavnou prioritou telekomunikácií v železničnom sektore spoľahlivosť informácií. Preto sú telekomunikačné siete v železničnej doprave navrhnuté tak, aby sa všetky prenášané informácie dali rýchlo vystopovať, pričom pravdepodobným únikom sa venovala minimálna pozornosť.

Spoločnosti obsluhujúce telekomunikačné systémy

Telekomunikačné systémy sú udržiavané dodávateľmi zariadení na vedenie dátovej komunikácie a servisnými spoločnosťami.

Medzi podnikmi možno spomenúť:

• "Telecommunication Systems" je jednou z najstarších špecializovaných spoločností v Petrohrade, ktorá poskytuje zákazníkom služby pre súčasné opravy, konfiguráciu a údržbu systémov prenosu informácií;


• "Stroykom-A" - malá spoločnosť, ktorá poskytuje služby na údržbu a zlepšovanie schátraných telekomunikačných systémov;


• Cryptocom je úzkoprofilová spoločnosť poskytujúca bezpečnosť v telekomunikačných systémoch podnikov obranného priemyslu.

Výrobcovia a dodávatelia zariadení pre telekomunikačné systémy

Výrobou a dodávkou zariadení pre telekomunikačné systémy sa zaoberajú tieto spoločnosti:

• "Montair" je poskytovateľom riešení na kľúč pre telekomunikačné systémy a ponúka zákazníkom širokú škálu serverového hardvéru.


• Rdcam je celocyklová spoločnosť ponúkajúca zákazníkom nielen hotové zariadenia, ale aj vývoj inžinierskych riešení pre telekomunikačné systémy.


• LAN-ART je dodávateľom sieťových spínacích zariadení a výrobcom komunikačných káblov.

Na výročnej výstave Sviaz sú predvádzané moderné telekomunikačné systémy a špecializované komunikačné zariadenia.

Prečítajte si naše ďalšie články:

Podľa účelu sú telekomunikačné systémy rozdelené do nasledujúcich skupín:

TV vysielacie systémy;

Komunikačné systémy (vrátane pagingu);

Počítačové siete.

Podľa typu použitého média na prenos informácií:

Kábel (tradičná meď);

optických vlákien;

Nevyhnutné;

satelit.

Prostredníctvom prenosu informácií:

analógové;

digitálny.

Komunikačné systémy sa podľa mobility delia na:

Stacionárne (tradičné účastnícke linky);

Pohyblivý.

Mobilné komunikačné systémy sú rozdelené podľa princípu pokrytia oblasti pokrytia:

Na mikrobunkách - DECT;

Bunkové - NMT-450, D-AMPS, GSM, CDMA;

Trunking (makrocelulárny, zónový) - TETRA, SmarTrunk;

satelit.

Systémy televízneho vysielania

Vysielacie systémy (TV) sa podľa spôsobu dodania signálu a oblasti pokrytia delia na:

Televízne prijímacie siete;

- "káblové" (systémy kolektívneho televízneho príjmu (SKTP));

Technológie pre bezdrôtovú vysokorýchlostnú distribúciu multimediálnych informácií MMDS, MVDS a LMDS;

satelit.

Mobilné komunikačné systémy

Bunkové mobilné komunikačné systémy (MCS), osobné rádiové volacie siete (PRC) a satelitné komunikačné systémy sú určené na prenos údajov a poskytovanie telefónnej komunikácie mobilným a stacionárnym objektom. Prenos dát mobilnému účastníkovi dramaticky rozširuje jeho možnosti, keďže okrem telefónu môže prijímať telexové a faxové správy rôzneho druhu. grafické informácie Nárast objemu informácií si vyžaduje skrátenie času na ich prenos a príjem, v dôsledku čoho neustále rastie produkcia mobilných rádiových komunikácií (pagery, mobilné rádiotelefóny, satelitné užívateľské terminály).

Hlavná výhoda SPS: mobilná komunikácia umožňuje účastníkovi prijímať komunikačné služby v ktoromkoľvek bode v rámci oblastí pokrytia pozemných alebo satelitných sietí; vďaka pokroku v komunikačnej technológii boli vytvorené malé univerzálne účastnícke terminály (AT). SPS poskytuje spotrebiteľom možnosť prístupu k verejnej telefónnej sieti (PSTN), prenos počítačových dát.

Mobilné komunikačné siete zahŕňajú: celulárne mobilné komunikačné siete (MCSN); trunkové komunikačné siete (STS); osobné rádiové volacie siete (PRP); siete osobnej satelitnej (mobilnej) komunikácie.

Mobilné mobilné siete

Spomedzi moderných telekomunikačných zariadení sa najrýchlejšie rozvíjajú bunkové rádiotelefónne siete. Ich realizácia umožnila vyriešiť problém hospodárneho využívania prideleného rádiofrekvenčného pásma prenosom správ na rovnakých frekvenciách, ale v rôznych zónach (bunkách) a zvýšiť priepustnosť telekomunikačných sietí. Svoje meno dostali v súlade s bunkovým princípom organizácie komunikácie, podľa ktorého je oblasť služieb rozdelená na bunky (bunky).

Bunkový komunikačný systém je komplexný a flexibilný technický systém, ktorý umožňuje širokú škálu možností konfigurácie a súbor vykonávaných funkcií. Môže zabezpečiť prenos reči a iných typov informácií. Pre prenos hlasu je zase možné zaviesť obvyklú obojsmernú a mnohostrannú telefonickú komunikáciu (konferencia - za účasti viac ako dvoch účastníkov v rozhovore súčasne), hlasovú poštu. Pri organizovaní bežného telefonického rozhovoru sú možné režimy automatického opakovaného vytáčania, čakania hovoru, presmerovania hovoru (podmienené alebo nepodmienené) atď.

Moderné technológie umožňujú poskytovať účastníkom SSRS vysokú kvalitu hlasových správ, spoľahlivosť a dôvernosť komunikácie, miniaturizáciu rádiotelefónov a ochranu pred neoprávneným prístupom.

Trunkové siete

Trunkové siete sú do istej miery podobné celulárnym sieťam: sú to tiež siete pozemných rádiotelefónnych mobilných komunikácií, ktoré poskytujú mobilitu účastníkov v rámci pomerne veľkej oblasti služieb. Hlavným rozdielom je, že STS sú jednoduchšie z hľadiska konštrukčných princípov a poskytujú účastníkom menší súbor služieb, ale vďaka tomu sú lacnejšie ako mobilné. STS majú oveľa nižšiu kapacitu ako mobilné a sú zásadne zamerané na rezortnú (firemnú) mobilnú komunikáciu. Hlavným využitím STS je podniková (servisná, rezortná) komunikácia, napr. prevádzkové komunikácie požiarnej služby s počtom výjazdov (kanálov) "do mesta" je oveľa menší ako počet predplatiteľov systému. Hlavné požiadavky na STS sú: poskytovanie komunikácie v danej oblasti služieb bez ohľadu na umiestnenie mobilných účastníkov; možnosť interakcie medzi jednotlivými skupinami predplatiteľov a organizácia kruhovej komunikácie; efektívnosť riadenia komunikácie, a to aj na rôznych úrovniach; poskytovanie komunikácie prostredníctvom riadiacich centier; možnosť prednostného zriadenia komunikačných kanálov; nízke náklady na energiu mobilnej stanice; dôvernosť rozhovorov.

názov kmeňová komunikácia pochádza z anglického trunk (trunk) a odráža skutočnosť, že komunikačný kmeň v takomto systéme obsahuje niekoľko fyzických (zvyčajne frekvenčných) kanálov, z ktorých každý môže byť poskytnutý ktorémukoľvek z účastníkov systému. Táto vlastnosť odlišuje STS od obojsmerných rádiových komunikačných systémov, ktoré mu predchádzali, v ktorých mal každý účastník možnosť prístupu iba k jednému kanálu, ale ten musel postupne obsluhovať niekoľko účastníkov. STS v porovnaní s takýmito systémami majú výrazne vyššiu kapacitu (šírku pásma) pri rovnakých ukazovateľoch kvality služby.

Pagingové siete

Pagingové siete (PRP) alebo pagingové siete (paging - call) sú jednosmerné siete mobilnej komunikácie, ktoré zabezpečujú prenos krátkych správ z centra systému (z pagingového terminálu) do miniatúrnych účastníckych prijímačov (pagerov).

Pagingové siete poskytujú pohodlný a relatívne lacný typ mobilnej komunikácie, avšak s výraznými obmedzeniami: komunikácia je jednosmerná, nie v reálnom čase a len vo forme krátkych správ. SRL sa vo svete značne rozšírili – vo všeobecnosti v rovnakom poradí ako mobilné siete, hoci ich prevalencia v rozdielne krajiny sa výrazne líši.

Mobilné satelitné siete

Spolu s už verejne dostupným SPS (personal radio call and cell) sa čoraz aktívnejšie rozvíjajú satelitné komunikačné siete. Relevantné sú tieto oblasti aplikácie mobilnej satelitnej komunikácie:

Rozširovanie mobilných sietí;

Využívanie satelitnej komunikácie v oblastiach, kde je nasadenie SPS nepraktické, napríklad z dôvodu nízkej hustoty obyvateľstva;

Využitie satelitnej komunikácie popri existujúcej celulárnej komunikácii, napríklad na poskytovanie roamingu v prípade nekompatibility štandardov alebo v akejkoľvek núdzovej situácii;

Pevná bezdrôtová komunikácia v oblastiach s nízkou hustotou obyvateľstva pri absencii SPS a káblovej komunikácie;

Pri prenose informácií v globálnom meradle (vodné plochy Svetového oceánu, miesta zlomov pozemnej infraštruktúry a pod.).

Najmä vtedy, keď je účastník odstránený zo servisnej oblasti miestnych celulárnych sietí satelitné pripojenie zohráva kľúčovú úlohu, pretože nemá žiadne obmedzenia týkajúce sa prepojenia účastníka s konkrétnou oblasťou. V mnohých regiónoch sveta možno dopyt po mobilných službách efektívne uspokojiť len pomocou satelitných systémov.

Optické siete

Komunikačná linka z optických vlákien (FOCL) je typ prenosového systému, v ktorom sa informácie prenášajú prostredníctvom optických dielektrických vlnovodov, známych ako "optické vlákno". Optická sieť je informačná sieť, ktorej spojovacími prvkami medzi uzlami sú komunikačné linky z optických vlákien. Technológie optických sietí okrem optických vlákien pokrývajú aj otázky súvisiace s elektronickým prenosovým zariadením, jeho štandardizáciou, prenosovými protokolmi, problematikou topológie siete a všeobecnými sieťovými otázkami.

Výhody FOCL:široká šírka pásma, nízky útlm svetelného signálu vo vlákne, nízka hladina hluku, vysoká odolnosť proti šumu, nízka hmotnosť a objem, vysoká bezpečnosť proti neoprávnenému prístupu, galvanická izolácia sieťových prvkov, výbušná a požiarna bezpečnosť, výhodnosť optických káblov (FOC), dlhá životnosť, diaľkové napájanie.

Nevýhody FOCL: náklady na vybavenie rozhrania (cena optických vysielačov a prijímačov je stále dosť vysoká), inštalácia a údržba optických liniek (náklady na inštaláciu, testovanie a podporu komunikačných liniek z optických vlákien tiež zostávajú vysoké), požiadavka na špeciálne vlákno ochranu.

Výhody použitia optických komunikačných liniek sú také významné, že aj napriek uvedeným nevýhodám optického vlákna sú ďalšie vyhliadky na rozvoj komunikačnej technológie z optických vlákien v informačných sieťach viac než zrejmé.

Telekomunikačné siete predstavujú najkomplexnejšie zariadenia na svete. Stačí sa zamyslieť nad telefónnou sieťou, ktorá zahŕňa viac ako 2 miliardy pevných a mobilných telefónov s univerzálnym prístupom. Keď jeden z týchto telefónov uskutoční hovor, telefónna sieť sa dokáže spojiť s akýmkoľvek iným telefónom na svete. Okrem toho je k telefónnej sieti pripojených mnoho ďalších sietí. To naznačuje, že zložitosť globálnej telekomunikačnej siete prevyšuje zložitosť akéhokoľvek iného systému na svete.

Telekomunikačné služby majú významný vplyv na rozvoj svetovej komunity. Ak poznáme hustotu telefónov v krajine, môžeme posúdiť úroveň jej technického a ekonomického rozvoja. V menej rozvinutých krajinách hustota pevných (pevných) telefónov nepresahuje 10 telefónov na 1 000 obyvateľov; vo vyspelých krajinách, ako je Severná Amerika a Európa, je to približne 500 - 600 telefónov na 1000 obyvateľov. Hospodársky a kultúrny rozvoj rozvojové krajiny závisí (okrem mnohých iných faktorov) od dostupnosti efektívnych telekomunikačných služieb. Lokálna sieť (LAN), ku ktorej je pripojený náš počítač, je prepojená s LAN iných lokalít rozmiestnených po celej našej univerzite. Je to nevyhnutné pre efektívnu spoluprácu rôznych oddelení. Denne komunikujeme s ľuďmi v iných organizáciách prostredníctvom e-mailu, telefónov, faxov a mobilných telefónov. Deje sa to v meradle organizácií, v meradle krajiny a v medzinárodnom meradle.

Telekomunikačná hra významnú úlohu v mnohých oblastiach každodenného života. Každý z nás denne využíva nielen telekomunikačné služby, ale aj služby, ktoré sú odkázané na telekomunikácie. Tu je niekoľko príkladov služieb, ktoré závisia od telekomunikácií: bankovníctvo, bankomaty, elektronický obchod; letecká, železničná, predaj cestovných lístkov; predaj, veľkoobchod a spracovanie objednávok; platby kreditnou kartou v obchodoch; objednávanie hotelových izieb cestovnými kanceláriami; obstarávanie materiálov v priemysle; vládne operácie.

Testovacie otázky:

1. Pojem siete. Uveďte možnosti siete.

2. V ktorom roku sa objavila prvá sieť, ako sa volala a kde?

3. Vymenujte hlavné komponenty siete.

4. Vymenujte ukazovatele počítačových sietí.

5. Popíšte úrovne referenčného modelu interakcie otvorených systémov.

6. Definujte pojmy "protokol", "rozhranie", "transparentnosť", "sieťový operačný systém".

7. Aké komponenty zahŕňa technická podpora počítačových sietí? Popíšte ich.

8. Vymenujte typy sietí.

9. Uveďte klasifikáciu sietí.

10. Popíšte výhody lokálnych sietí.

11. Popíšte hlavné hardvérové ​​komponenty siete LAN.

12. Aký je rozdiel medzi modelmi „súborový server“ a „klient-server“?

13. Popíšte káble používané vo väčšine sietí.

14. Aké technológie sa používajú na prenos kódovaných signálov cez kábel?

15. Čo je to transceiver? Načo to je?

16. Aké sú výhody a typy bezdrôtových sietí.

17. Popíšte metódy prístupu k sieti LAN

18. Uveďte pojem telekomunikačného systému.

19. Vymenujte typy telekomunikačných systémov.

20. Popíšte mobilné siete.

Téma 9. Internet

Časť 1

TELEKOMUNIKAČNÉ A INFORMAČNÉ SIETE

Kapitola 1 ______

TELEKOMUNIKAČNÉ SIETE A SYSTÉMY. VŠEOBECNÉ USTANOVENIA

Zoznam skratiek

GII (GII)	-	globálna informačná infraštruktúra
Pamäť	-	Pamäťové zariadenie
LS	-	komunikačná linka
ON	-	softvér
TS	-	telekomunikačnej siete
PSTN (PSTN)	-	verejnej telefónnej siete
CHNN	-	rušná hodina
bankomat	-	asynchrónny spôsob doručenia
B-ISDN	-	širokopásmová digitálna sieť s integrovanou službou
FR	-	technológia rámového relé
IDN	-	integrovaná digitálna sieť
IN	-	inteligentná komunikačná sieť
IP	-	internetový protokol
N-ISDN	-	úzkopásmová digitálna sieť s integrovanou službou
PLMN	-	celulárna komunikačná sieť s mobilnými objektmi

ZÁKLADNÉ KONCEPTY SIETE A TELEKOMUNIKAČNÝCH SYSTÉMOV

Modernému vývoju komunikačných technológií sú vlastné dve črty: digitálna forma reprezentácie všetkých signálov – bez ohľadu na to, aký typ informácie tieto signály predstavujú – reč, text, dáta alebo obraz; integráciu služieb, ktorú možno plne realizovať len prepnutím komunikácie na digitálnu technológiu. Dochádza k integrácii systémov prenosu informácií a spínania, novým spôsobom sa prerozdeľujú úlohy koncových zariadení a komunikačných sietí. Vznikajú multifunkčné koncové zariadenia, ktoré sa líšia od telefónnych a telegrafných súprav, koncové zariadenia na vizuálne zobrazovanie údajov, vhodné pre viac ako jeden druh informácií. A napokon komunikačná sieť umožňuje prenos hlasu, textových informácií, dát a obrázkov prostredníctvom rovnakého pripojenia: používateľ bude mať prístup k tejto sieti bez ohľadu na typ služby prostredníctvom „komunikačnej zástrčky“.

Pomocou týchto „revolučných“ prostriedkov sa výrazne zvýšila produktivita a ekonomická efektívnosť práce celých organizácií aj jednotlivcov. Záver naznačuje, že zjednotenie úsilia troch odvetví - počítačového priemyslu ( informačných technológií), spotrebná elektronika (zábavný priemysel) a telekomunikácie - priblížili dosiahnutie hlavného cieľa - vytvorenie globálnej informačnej infraštruktúry (GII, GII).

Konečným cieľom GII je zabezpečiť, aby mal každý spotrebiteľ prístup k informačnej komunite.

Existujú určité základné charakteristiky, ktoré GII musí mať, aby spĺňalo požiadavky spotrebiteľov na informácie. Tieto vlastnosti sa nazývajú atribúty. Navrhnuté

Pre každý typ informačných správ sa tradične používa špecifický spôsob prenosu v sieti, ktorý sa vyznačuje princípom premeny správy na telekomunikačný signál a typom komunikácie (formou komunikácie). Takže na prenos zvukových informácií je akceptovanou formou komunikácie telefón, na prenos statických obrázkov sa používa fax, na pohyblivé obrázky televízia. Údaje označujú typ kódovaných správ, ktorých spôsob prenosu je založený na reprezentácii každého informačného prvku (písmeno, znak, číslica) vo forme kombinácie kódov prenášaných vo forme signálu cez sieť. Pre kódované správy sa používa telegrafný spôsob prenosu informácií a prenosu dát. V poslednej dobe sa takzvané „multi-mediálne“ formy komunikácie – multimédiá (preložené z angličtiny. mliečny- veľa, médiá- médium) na súčasný prenos zvuku, obrazu a dát.

Telekomunikačné systémy možno podľa formy komunikácie rozdeliť na systémy telefonickej komunikácie, faxovej komunikácie, televízneho vysielania, telegrafnej komunikácie, prenosu dát a pod.; v závislosti od média prenosu signálu (meď, éter, optické vlákno) - do telekomunikačných a optických komunikačných systémov, ako aj drôtovej komunikácie pomocou vodiacich médií (medené a optické káble) a bezdrôtovej komunikácie, kde sa na prenos signálu používa éter. Je potrebné zdôrazniť, čo spája všetky tieto systémy vo všeobecnom koncepte telekomunikačného systému:

1. Všeobecným účelom všetkých komunikačných systémov je poskytovať služby používateľom.

2. Všetky komunikačné systémy patria do typu distribuovaných systémov, ktorých hlavnou zložkou je telekomunikačná sieť, ktorá umožňuje využívať všeobecné zásadyštrukturálna optimalizácia takýchto systémov.

3. Komunikačné systémy, ako akékoľvek zložité systémy, nemožno posudzovať izolovane od vonkajšieho prostredia. Pod vonkajšie prostredie pochopiť súbor prvkov akejkoľvek povahy, ktoré existujú mimo systému a majú naň určité účinky. Vo vzťahu k akémukoľvek komunikačnému systému medzi takéto prvky patria používatelia, ktorí určujú požiadavky na objem spotrebovaných služieb, ich zoznam, kvalitu, a tým ovplyvňujú komunikačný systém.

Treba poznamenať, že samotný pojem „systém“ je abstraktný vo vzťahu k reálnemu objektu, ktorý je s ním spojený a možno ho interpretovať ako model objektu. Model umožňuje odrážať najdôležitejšie komponenty objektu a vynechať detaily, ktoré sú z hľadiska účelu jeho uvažovania nepodstatné. V tomto ohľade môže byť ten istý objekt charakterizovaný rôznymi systémami v závislosti od aspektov jeho posudzovania.

Pri zvažovaní modelov väčšiny telekomunikačných sietí a systémov sa široko používajú pojmy protokol a rozhranie. Protokol je súbor pravidiel a formátov, ktoré určujú interakciu objektov rovnakých sieťových úrovní, napríklad „človek – človek“, „terminál – terminál“, „počítač – počítač“, „proces – proces“, t.j. protokoly. ktoré popisujú poradie interakcie medzi užívateľmi, terminálmi, sieťovými uzlami alebo jednotlivými sieťami. V tomto prípade by sa mal použiť rovnaký jazyk, rovnaké syntaktické pravidlá a informačné formáty. Štruktúra vrstiev modelu umožňuje nezávislý vývoj protokolov. Každá vrstva modelu môže mať viacero protokolov. Interakciu susedných úrovní zabezpečujú rozhrania. Rozhranie je súbor hardvérových a softvérových nástrojov používaných na prepojenie zariadení, systémov alebo programov. Súbor prostriedkov interakcie medzi dvoma susednými úrovňami (medziúrovňové rozhranie) obsahuje pravidlá logického a elektrického párovania, ako aj podrobný popis formátov správ.

Informačné siete sú navrhnuté tak, aby používateľom poskytovali služby súvisiace s výmenou informácií, ich spotrebou, spracovaním, ukladaním a akumuláciou. Používateľom sa stáva spotrebiteľ informácií, ktorý získal prístup do informačnej siete. Používateľmi môžu byť jednotlivci aj právnických osôb(firmy, organizácie, podniky). Používanie siete poskytuje príležitosť získať informácie, keď sú potrebné. Informačná sieť je chápaná ako súbor geograficky rozptýlených koncových systémov, ktoré sú spojené do telekomunikačných sietí a poskytujú ktorémukoľvek z týchto systémov prístup ku všetkým sieťovým zdrojom a ich spoločnému využívaniu. Telekomunikačné siete je vhodné rozdeliť podľa druhu komunikácií (telekomunikačné siete, optické komunikácie, telefonické komunikácie, prenosy dát, železničné alebo letecké spojenia a pod.).

Koncové systémy informačnej siete možno klasifikovať ako: - - terminálové (koncový systém), poskytovanie prístupu k sieti a jej zdrojom;

pracovníkov (server, hostiteľský systém), reprezentovanie informačných a výpočtových zdrojov;

administratívne (manažérsky systém), implementáciu správy siete a jej jednotlivých častí.

Zdroje informačnej siete sa delia na informácie, spracovanie a ukladanie dát, softvér a komunikáciu.

Informačné zdroje - sú to informácie a poznatky nahromadené vo všetkých oblastiach vedy, kultúry a spoločnosti, ako aj produkty zábavného priemyslu. Toto všetko je systém

tyzované v sieťových databázach, s ktorými komunikujú používatelia siete. Tieto zdroje určujú spotrebiteľskú hodnotu informačnej siete a musia sa nielen neustále vytvárať a rozširovať, ale aj včas aktualizovať neaktuálne údaje.

Prostriedky na spracovanie a ukladanieúdaje sú určené výkonom procesora sieťové počítače a množstvo ich úložných zariadení (skladov), ako aj čas, počas ktorého sa používajú.

Programové prostriedky sú softvér (softvér) podieľajúci sa na poskytovaní služieb používateľom, ako aj programy súvisiacich funkcií. Medzi tieto patria: vystavovanie faktúr, účtovanie platieb za služby, navigácia (poskytovanie vyhľadávania informácií v sieti), servis siete el. poštových schránok, organizovanie mostu pre telekonferencie, konverzia formátov prenášaných správ, kryptografická ochrana informácií (kódovanie a šifrovanie), autentifikácia ( elektronický podpis dokumenty potvrdzujúce ich pravosť).

Komunikačné zdroje podieľať sa na prenose informácií a redistribúcii tokov v prepojovacom uzle. Patria sem kapacity komunikačných liniek, prepínacie schopnosti uzlov, ako aj čas, počas ktorého sú obsadené, keď používateľ interaguje so sieťou. Komunikačné zdroje sa klasifikujú podľa typu TS: verejná komutovaná telefónna sieť, paketovo prepájaná dátová sieť, mobilná komunikačná sieť, siete televízneho a rozhlasového vysielania, digitálna sieť integrovaných služieb atď.

Telekomunikačné siete sú zvyčajne hodnotené množstvom ukazovateľov, ktoré odrážajú možnosť efektívnosti prenosu informácií. Možnosť prenosu informácií do PS súvisí so stupňom jeho prevádzkyschopnosti, t.j. vykonávaním určených funkcií v predpísanom objeme na požadovanej kvalitatívnej úrovni počas určité obdobie prevádzke siete alebo kedykoľvek. -> zdravie komunikačnej siete je určené pojmami spoľahlivosť a schopnosť prežitia. Rozdiel medzi týmito pojmami je spôsobený príčinami a faktormi, ktoré narúšajú normálnu prevádzku siete, a povahou porušení.

Spoľahlivosť Komunikačná sieť charakterizuje jej schopnosť poskytovať komunikáciu, pričom v čase zachováva hodnoty „stanovených ukazovateľov kvality v daných prevádzkových podmienkach. Odzrkadľuje schopnosť udržať prevádzkyschopnosť komunikačnej siete pod vplyvom najmä vnútorných faktorov - náhodných porúch technických prostriedkov spôsobených procesmi starnutia, chýb vo výrobnej technológii alebo chýb personálu údržby.

Vitalita komunikačná sieť charakterizuje jej schopnosť zachovať si plnú alebo čiastočnú prevádzkyschopnosť, keď je vystavená príčinám, ktoré sú mimo siete a vedú k zničeniu alebo značnému poškodeniu niektorých jej prvkov (bodov a komunikačných vedení). Podobné dôvody možno rozdeliť do dvoch tried: spontánny a úmyselne. Prírodné faktory zahŕňajú

ako zemetrasenie, zosuvy pôdy, riečne záplavy atď., a zámerné - údery jadrových rakiet, sabotáže atď.

Pri analýze priepustnosti vozidla sú veľmi dôležité pojmy hovor a správa. Hovor je požiadavka na spojenie medzi dvoma používateľmi siete za účelom odoslania správy. Správa- formácia používateľov prevedená na telekomunikačné signály. Vzhľadom na rozdiel medzi hovorom a správou môžeme povedať, že tok hovorov vstupuje do uzla siete alebo do nejakej jeho časti a tok správ cirkuluje v komunikačných sieťach, aby preniesol informácie používateľovi. Potreba doručovať správy z jedného bodu v sieti do druhého môže byť vyjadrená gravitáciou medzi týmito bodmi. Gravitácia >charakterizuje posúdenie potreby rôzne druhy komunikácia medzi dvoma bodmi siete a je určená objemom správ, ktoré musia byť doručené za určité časové obdobie z jedného bodu do druhého. Z gravitácie, vyjadrenej objemom správ alebo množstvom informácií, môžete prejsť * gravitácia vyjadrená časom obsadenia komunikačnej linky (LS) a z nej - na požadovaný počet 1C. Gravitácia, určená množstvom informácií, je vhodná pre sieť na prenos dát a určená počtom obsadených kanálov je vhodná pre telefónnu sieť a rôzne typy vysielacích sietí. O čas obsadenia kanála sa bojuje hodinovými okupáciami na rok, deň alebo hodinu. Závažnosť závisí od typu informácie, geografickej polohy používateľov, ich charakteristík, ekonomických, kultúrnych a iných vzťahov. Nie je možné jednoznačne určiť gravitáciu, pretože je ovplyvnená množstvom faktorov, preto je presnosť odhadov gravitácie zvyčajne nízka.

Množstvo informácií, prenášané medzi dvoma bodmi za určité časové obdobie, je určené súčtom objemov všetkých správ (berúc do úvahy opakované) alebo súčinom počtu prenesených správ - a priemerného objemu jednej správy. čas obsadenosti liniek alebo zariadení vyjadrený v hodinových obsadenosti, s"-určuje zaťaženie týchto liniek alebo zariadení ako súčin celkového počtu prijatých hovorov * r priemernej doby trvania vyučovacích hodín . Intenzita zaťaženia- ide o počet hodín zamestnania za určité časové obdobie, napríklad najvyťaženejšia hodina (PEH) je 60-minútový interval času, počas ktorého je zaťaženie siete väčšie ako v ktoromkoľvek inom podobnom období. Zvyčajne sa používa pojem intenzita zaťaženia, aj keď pre jednoduchosť sa často nazýva zaťaženie. Bezrozmerná jednotka intenzity zaťaženia sa nazýva erlang. Jedným erlangom je intenzita zaťaženia sinogo zariadenie nepretržite obsadené hodinu.

V prípade, že sieť nedokáže obslúžiť prichádzajúcu záťaž, má zmysel hovoriť o množstve realizovanej záťaže v sieti. Hodnota realizovaného zaťaženia je určená priepustnosťou komunikačnej siete. V niektorých prípadoch je priepustnosť kvantifikovaná. Napríklad hodnotou maximálneho toku informácií, ktoré je možné preskočiť medzi určitou dvojicou bodov. Zisťuje sa teda šírka pásma časti siete, ktorá je úzkym miestom pri rozdelení siete medzi zdroj a príjemcu na dve časti.

Tok správ medzi dvoma bodmi je postupnosť správ prenášaných z jedného bodu do druhého. Okrem užitočných informácií sa v sieti prenášajú aj riadiace a signalizačné správy, ktoré pre užívateľa nemajú žiadnu hodnotu. Výrazne zaťažiť komunikačné siete (bez toho, aby to malo užitočný efekt) a opakované hovory vznikajúce v prípade poruchy počas úvodného hovoru. Tok správ je charakterizovaný postupnosťou časových bodov príchodu každej ďalšej správy. Tok je možné vyjadriť časovými intervalmi medzi týmito momentmi. Typ toku správ možno opísať aj distribúciou trvania, počas ktorého sú zariadenia zaneprázdnené každou prichádzajúcou správou. Všetky toky cirkulujúce v komunikačných sieťach sú rozdelené na deterministické, náhodné a zmiešané. Toky sa nazývajú deterministické, pričom momenty príchodu a objemy správ sú vopred známe. Takéto toky zahŕňajú takmer všetky vysielané toky (audio aj televízne), pravidelné prenosy rôznych správ atď. Pri náhodných tokoch nie sú momenty príchodu, objemy jednotlivých správ a ich adresy vopred určené a sú to náhodné premenné opísané pomocou pravdepodobnostných rozložení . Tieto toky zahŕňajú toky telefónnych správ. V závislosti od konkrétnych podmienok môžu byť náhodné toky veľmi rôznorodé, avšak pre väčšinu praktických prípadov je možné aproximovať (opísať) doby trvania intervalov medzi príchodom dvoch susedných správ pomocou známych pravdepodobnostných distribučných zákonov, ktoré umožňujú získať matematický model prúdenia. Zmiešaný tok má deterministické aj náhodné zložky.

1.2. HRANICE VÝVOJA TELEKOMUNIKAČNÝCH TECHNOLÓGIÍ A KOMUNIKAČNÝCH SLUŽIEB

Na zistenie perspektív rozvoja Národnej informačnej infraštruktúry Ukrajiny (NII) v rámci Globálnej informačnej infraštruktúry je potrebné pochopiť, ako bude tento proces prebiehať vo svete, v priemyselných krajinách a na Ukrajine. aké nové informačné a komunikačné technológie a služby budú ponúkané v nasledujúcich rokoch a desaťročiach.

Informačná revolúcia sa stala motorom pokroku celej spoločnosti. Už dlho je známe, že vedecko-technické revolúcie (STR) radikálne zmenili spôsob života ľudstva a vzhľad sveta ako celku. Výsledkom vedecko-technickej revolúcie bol prudký nárast obyvateľstva, ktorý treba očakávať v najbližších dvoch storočiach. Mnohí vedci pracujúci v oblasti predpovedí sa domnievajú, že v 21. – 22. storočí by sa mali uskutočniť tri vedecké a technologické revolúcie: 1 – informačná, 2 – biotechnická, 3 – kvantová.

Každá z týchto revolúcií povedie k dramatickým zmenám vo svete. Informačná revolúcia vytvorí IT, ktoré sa stane technickým základom pre svet informačnej spoločnosti. Biotechnická revolúcia odstráni problém dodávok potravín pre obyvateľstvo vo svete a kvantová revolúcia vytvorí nové efektívne a bezpečné zdroje energie.

Informačná revolúcia (koniec 20. - začiatok 21. storočia) výrazne zmenila tvár informačnej komunikácie. Hlavnými faktormi rozvoja infokomunikácií 21. storočia sú ekonomika, technológie a služby.

Infokomunikačné technológie a služby sú derivátmi ekonomiky. Úroveň rozvoja technológií a služieb zase závisí od úrovne vedecko-technického pokroku a ich implementácie - od úrovne ekonomiky a predovšetkým od solventného dopytu obyvateľstva po určitých infokomunikačných službách.

V historickom vývoji komunikačných sietí a služieb existuje päť hlavných míľnikov (obrázok 1.3). Každý míľnik má svoju logiku vývoja, prepojenie s predchádzajúcimi a nasledujúcimi etapami.

Okrem toho každý míľnik závisí od úrovne ekonomického rozvoja a národných charakteristík konkrétneho štátu.

Prvá hranica- vybudovanie verejnej telefónnej siete (PSTN, PSTN – verejná komutovaná telefónna sieť). Každý štát si dlho vytváral vlastnú národnú analógovú verejnú telefónnu sieť. Telefonická komunikácia bola odporúčaná obyvateľstvu, inštitúciám, podnikom a porovnávaná s jediná služba- prenos jazykových správ. V budúcnosti sa prenos dát začal realizovať cez telefónne siete pomocou modemov. Telefón však aj dnes zostáva hlavnou komunikačnou službou, ktorá prináša telekomunikačným operátorom viac ako 80 % zisku.

Druhá hranica- digitalizácia telefónnej siete. Pre skvalitnenie komunikačných služieb, zvýšenie ich počtu, zvýšenie úrovne automatizácie riadiacich a technologických zariadení v priemyselných krajinách v 70. rokoch 20. storočia sa pracovalo na digitalizácii primárnych a sekundárnych komunikačných sietí. Boli vytvorené integrované digitálne siete IDN (Integrovaná digitálna sieť), ktoré poskytujú najmä telefónne služby založené na digitálnych spojovacích a prenosových systémoch. V súčasnosti je v mnohých krajinách digitalizácia telefónnych sietí prakticky skončil.

Tretia hranica- integrácia služieb. Digitalizácia komunikačných sietí umožnila nielen skvalitniť služby, ale integráciou prejsť aj k zvyšovaniu ich počtu. Tak sa zrodil koncept úzkopásmovej digitálnej siete s integráciou služieb N-ISDN (Narrowband Integrated Srsice Digital Network). Používateľovi (predplatiteľovi) tejto siete je poskytnutý základný prístup (2B + D), prostredníctvom ktorého sa informácie prenášajú cez tri digitálne kanály: dva kanály AT s prenosovou rýchlosťou 64 kbps a kanálom D s rýchlosťou 16 kbps. dva kanály AT používa sa na prenos jazykových správ a údajov, kanál th- na signalizáciu a prenos dát v režime prepínania paketov. Pre užívateľa s viacerými potrebami je možné poskytnúť primárny prístup, ktorý obsahuje (30 B + D) kanálov. Koncept N-ISDN existuje už asi 20 rokov, no z niekoľkých dôvodov sa vo svete nedostal do širšej distribúcie. Po prvé, vybavenie N-ISDN je dosť drahé na to, aby sa stalo hlavným prúdom; po druhé, používateľ neustále platí za tri digitálnych kanálov; po tretie, zoznam služieb /U-/50L/ prevyšuje potreby masového užívateľa. Preto integráciu služieb začína nahrádzať koncept smart grid.

Počas toho istého obdobia boli siete s mobilnými systémami PLMN ( verejnej pozemnej mobilnej siete) a technológie služieb dátových sietí založené na prepínaní okruhov a paketov: X.25, IP (Internet Protocol) , GR (rámové relé), 1P- telefonovanie, e-mail a pod.

Štvrtá hranica- inteligentná sieť /N (Inteligentná sieť). História tejto siete sa zvyčajne počíta od roku 1980, kedy spoločnosť Bell System (USA) vykonala práce na zlepšení služby s názvom „service-800“. Táto služba bola určená najmä na spoplatnenie medzimestských hovorov volajúcemu účastníkovi a našla široké uplatnenie v oblasti služieb a obchodu. Od roku 1993 sa IN v rámci koncepcie rozvíja TINA (Telecommunication Information Networking Architecture) udržiavať architektúru klient-server. Táto sieť je navrhnutá tak, aby poskytovala rýchle, efektívne a nákladovo efektívne informačné služby masovému užívateľovi. Potrebná služba je užívateľovi poskytovaná vtedy a v čase, keď ju potrebuje. V súlade s tým je povinný zaplatiť za poskytnutú službu počas tejto doby. Rýchlosť a efektívnosť služby teda poskytuje jej nákladovú efektívnosť, pretože ak používateľ používa komunikačný kanál oveľa kratšie obdobie, umožní mu to znížiť náklady. Toto je základný rozdiel medzi inteligentnou sieťou a predchádzajúcimi sieťami, a to flexibilita a nákladová efektívnosť poskytovania služieb.

Piata hranica- širokopásmové pripojenie B-ISND (Droadband Integrated Service Digital Network) bol priekopníkom vo vývoji multimediálnych služieb založených na technológii po roku 1980 bankomat (- prepínanie paketov s pevnou dĺžkou (53 bajtov): konverzačné, informačné a distribučné vyhľadávanie. Dialógové služby poskytujú služby na prenos informácií (telefónna služba, rečová služba, videokonferencie atď.). Služby získavanie informácií(služby na požiadanie) umožňujú užívateľovi získať informácie z rôznych databáz. Distribučné služby, s alebo bez kontroly používateľa nad poskytovaním informácií, môžu posielať informácie z jedného spoločného zdroja neobmedzenému počtu predplatiteľov, ktorí majú právo na prístup (údaje, text, pohyblivé a statické obrázky, zvuk, grafika atď.) . Prax obchodnej komunikácie začína zahŕňať nielen konferenčné hovory, ale aj videokonferencie, ktoré vám umožňujú vymieňať si informácie bez straty času a peňazí na cestovanie.

Zníženie nákladov jednotlivého užívateľa na nové služby by zase malo zvýšiť dopyt po nich, teda viesť k zvýšeniu ziskov poskytovateľov služieb. Zodpovedajúci nárast dopytu po službách povedie k zvýšeniu ponuky potrebné vybavenie, čo zvýši zisky dodávateľov zariadení. Flexibilita poskytovania služieb s využitím moderných technológií teda spája ekonomické záujmy troch strán: užívateľov, poskytovateľov služieb a dodávateľov zariadení.

testovacie otázky

1. Uveďte črty vývoja komunikačnej techniky v súčasnej fáze.

2. Čo je komunikačná integrácia?

3. Popíšte multifunkčné koncové zariadenia.

4. Definujte globálnu informačnú infraštruktúru.

5. Čo je potrebné na implementáciu koncepcie globálnej informačnej infraštruktúry?

6. Aké atribúty (charakteristiky) by sa mali zvážiť pri vytváraní štandardu globálnej informačnej infraštruktúry?

7. Vysvetlite princípy a účel globálnej informačnej infraštruktúry.

8. Špecifikujte hlavné charakteristiky globálnej informačnej infraštruktúry.

9. Vymenujte vlastnosti budovania informačnej siete.

10. Vysvetlite štruktúru informačnej siete.

11. Popíšte zdroje informačnej siete.

12. Ako sa delia telekomunikačné systémy v závislosti od typu komunikácie?

13. Aké ukazovatele telekomunikačnej siete charakterizujú jej efektívnosť pri prenose informácií?

14. Definujte pojmy protokol a rozhranie v informačných sieťach.

15. Aká je spoľahlivosť komunikačnej siete?

16. Vysvetlite pojem prežitia komunikácie; uveďte faktory, od ktorých to závisí.

17. Popíšte šírku pásma telekomunikačnej siete.

18. Čo je to výzva?

19. Čo sa rozumie v telekomunikačnej sieti pod pojmom správa?

20. Aké parametre určujú množstvo informácií?

21. Aké sú jednotky merania zaťaženia telefónu a jeho intenzity.

22. Čo je tok správ? Uveďte príklad.

23. Aké informácie sa nazývajú užitočné? Vymenujte ďalšie typy.

24. Čo charakterizuje tok správ?

25. Vymenujte a charakterizujte toky cirkulujúce v komunikačných sieťach.

26. Ako sa volajú informačné toky, ak je vopred známy okamih prijatia a objem správ? Uveďte príklad.

27. Čo znamená pojem „gravitácia“ v komunikačnej sieti?

28. Opíšte UNSSU, Výskumný ústav Ukrajiny, Globálna informačná infraštruktúra.

29. Vysvetlite hlavné míľniky vo vývoji komunikačných sietí a služieb.

30. Aké sú vlastnosti širokopásmovej siete B-ISDN?