Временное разделение каналов (TDMA)
При временном разделении каналов информация от каждого абонента делится на пакеты (блоки), и пакеты от разных абонентов передаются по очереди. Передача осуществляется на одной частоте.
На примере представлено, информацию передают 3 абонента. Сначала Абонент 1 передал информацию, потом он закончил и сделал паузу, потом 2 и 3 и так далее. То время, которое выделяется каждому абоненту, называется временной слот (time slot).
А тот временной отрезок, который выделяется для всех абонентов называется кадром. В течении кадра все абоненты передали свои пакеты и когда начнется следующий кадр все начнется заново. Соответственно, сколько временных слотов в кадре столько абонентов и могут передавать информацию.
Возможно, вам также будет интересно
В настоящее время технология MPLS, разработанная концерном Cisco в 2001 г. для магистральных и локальных сетей Ethernet, начинает широко использоваться также и в различного рода беспроводных сетях, включая беспроводные децентрализованные самоорганизующиеся сети;(Mobile Ad Hoc Network, MANET). Целью настоящей публикации является знакомство разработчиков беспроводных систем с этой популярной техн…
Авторы статьи предлагают ответ на вопрос, как быстро и с минимальными трудозатратами произвести переход на более совершенную и бюджетную серию 2G-модулей — SIM800, а именно SIM800/SIM800F/SIM800C, предлагаемую дистрибьютором МТ-Систем в качестве фокусной замены модемов SIM900R. Материал будет полезен специалистам, следящим за тенденциями рынка беспроводных технологий для M2M-решений, разработчи…
Начал свою работу новый российский новостной интернет-ресурс M2M Russia News, целью которого является освещение новостей из мира беспроводных М2М-технологий.
На страницах портала уже публикуются различные материалы от крупнейших иностранных и отечественных производителей, разработчиков, интеграторов, операторов М2М-решений и оборудования.
Портал ориентирован в первую очередь на специалистов, …
Необходимость синхронизации
Почему рассинхронизация приводит к увеличению ошибки? Для корректной работы системы с кодовым разделением каналов необходима точная временная синхронизация всех приемников и передатчиков.
Если синхронизация будет нарушена, то сигналы будут неортогональны. Это приведет к тому, что сигналы будут помехой друг для друга.
Рассмотрим пример. На один символ приходит КП из 4-х элементов. На каждом интервале времени равным длительности символа, проверяем ортогональность и выясняем, что они ортогональны, не создают помех друг другу.
Но что будет, если синхронизация нарушится, один сигнал передается с опережением или запаздыванием, т.е. они сдвинуты друг относительно друга. Во втором случае при перемножении и сложении в результате получили значение 4, а не 0, следовательно ортогональность нарушена. И сигналы будут создавать помехи друг другу и увеличится вероятность ошибки.
ИЗУЧЕНИЕ ПРИНЦИПОВ РАБОТЫ СИСТЕМ МНОЖЕСТВЕННОГО ДОСТУПА С КОДОВЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ
- Цель работы
- Задание
3. Содержание отчёта
- Назначение и цель работы.
- Рисунок, поясняющий процедуру прямого расширения спектра.
4. Краткая теория4.1 Варианты реализации кодового разделения(spread spectrum)
- прямое расширение — direct sequence spread spectrum (DSSS);
- скачкообразное изменение несущей частоты — frequency hop spread spectrum (FHSS).
Тс, TбN spreading factorprocessing gain).c(t) D(t) б-г в D(t), б, (сигнатуры), (spread spectrum) 4.2. Оценка числа пользователей на сотуЕб = PR ТбPR — К -1(К-1)PR, , qпспс — в рр4.3. Оптимизация сигнатур при кодовом разделении с прямым расширением спектраN. Rklmk-й I-т т RMRM с К, N{ai}. RMN5. Контрольные вопросы
Выделение требуемого канала и демодуляция
Теперь рассмотри, как сигнал принимается, демодулируется.
Есть принятый сигнал CDMA (1) с двоичной фазовой модуляцией, сначала подаем его на фазовый демодулятор (2), получаем двоичную последовательность и нужно осциллограмму (2) перемножить с КП Уолша (3), которая циклически повторяется. В данном случаем последовательность в приемнике такая же, как и последовательность, которая была в передатчике, с помощью которой был сформирован сигнал. В этом случае результат перемножения (2) и (3) даст сигнал на выходе коррелятора (4).
Но процесс демодуляции не закончен. Мы перемножили принятый сигнал (2) и КП Уолша (3), теперь должны все просуммировать. Если каждую точку (4) обозначить S1, S2, S3 … S8 это результат перемножения. Затем все эти точки нужно просуммировать. И чтобы нормировать поделить все на N.
Передавали символ 1 и получили на выходе 1, и передавали символ 0 и получили на выходе -1. Есть порог принятия решения, если импуль получился выше порога, считаем что приняли 1, импульс ниже порога, считаем, что приняли 0 (5).
Другой пример. Формирующая последовательность в передатчике не совпадает с последовательностью на приемнике.
Сигнал тот же самый приняли (1), подали сигнал на демодулятор (2), получили демодулированные последовательности. Процедуру повторяем, сначала перемножаем (4), потом суммируем (5), в результате получим 0. Если последовательность Уолша в приемнике и передатчике не совпадает, то приемник такой сигнал от передатчика не воспринимает. Когда совпадает, сигнал восстанавливается, когда не совпадает сигнала как будто бы нет.
В результате кодового разделения каналов, один информационный символ превращается в кодовую последовательность, получается что один информационный символ у одного передатчика будет ортогонален с информационным символом другого передатчика.
РТС включает в себя множество радиотехнических устройств, множество передатчиков и все они работают одновременно. Рассмотрим пример, каждый информационный символ превращается в последовательность Уолша. Если множество передатчиков работают одновременно, то их сигналы в эфире складываются, мы принимаем сумму всех сигналов.
Например, есть 4 передатчика каждый вместо информационного символа передает кодовую последовательность, если передатчик передает информационный символ “1” эта последовательность, какая была такая и осталась, если передается “0”, то у этой последовательности меняется знак.
Рассмотрим, когда все передатчики передают символ “1”. Так как все передатчики работают одновременно сигнал просто суммируется. Выделять информацию приемник будет с первого передатчика (а1). А остальные передатчики (a0 a2 a3) не должны создавать помех.
Получили групповой сигнал 4 0 0 0. Теперь нужно выделить один из каналов, выберем первый (а1). Нужно перемножить с той последовательностью Уолша с которой был сигнал сформирован для первого передатчика. Получим в результате 4 и разделим на длину последовательности на 4, получим 1. Передавался символ “1” приняли тоже “1”.
Рассмотрим случай, когда все передатчики передают символ 1, т.е. значения у a0 a2 и a3 не меняются, а меняется значение на противоположное у передатчика a1.
Групповой сигнал перемножаем с оригинальной последовательностью а1. Передавался символ 0 получили -1. Из группового сигнала успешно извлекаем информацию по передатчику. Сигнал от других передатчиков не создает помех.
Приняли сигнал CDMA из эфира, подали на демодулятор, появилась некоторая демодулированная последовательность и перемножали ее с КП Уолша, а затем результат суммировали. Когда мы что-то перемножаем, потом интегрируем это вычисление корреляции. Мы вычисляли корреляцию между принятым сигналом (групповым) и последовательностью Уолша.
Рассмотрим более сложную структуру демодулятора.
Квадратурный демодулятор преобразует ВЧ сигнал в сигнал с нулевой несущей. Первым делом нужно выделить сигнал из шумов с помощью согласованного фильтра (СФ). Дальше взять выборку в нужный момент времени.
Устройство выборки работает на чиповой скорости. Выделили принятую последовательность и нужно вычислить корреляцию между групповым сигналом и КП Уолша. В корреляторе сначала перемножаем, потом суммируем. Дальше стоит устройство выборки, которое осуществляет работу на символьной скорости. И сигнал поступает на устройство принятия решения.
Многолучевые радиоканалы и прием Rake
- Энергия сигнала (относящаяся, например к одному чипу сигнала CDMA) может поступать в приемник в четко различимые моменты времени. Поступающая энергия «вмазывается» в определенный профиль задержки при многолучевом распространении: см., например рис. 3.4. Интервал задержки в городских и пригородных районах обычно составляет от 1 до 2 мкс, хотя в некоторых случаях в холмистых районах наблюдались задержки до 20 мкс при достаточно высокой энергии сигнала. Длительность чипа при скорости передачи 3,84 Мчип/с равна 0,26 мкс. Если разница по времени многолучевых составляющих будет по крайней мере 0,26 мкс, то приемник WCDMA сможет разделить эти многолучевые компоненты и сложить их когерентно при многолучевом распространении. Задержку длительностью 0,26 мкс можно получить, если разница в протяженности лучей составит по крайней мере 78 м (скорость света ч скорость передачи чипов = 3,0·108 мс–1 ч 3,84 Мчип/с). При скорости передачи чипов около 1 Мчип/с разница в длинах лучей многолучевых составляющих должна быть около 300 м, что невозможно получить в небольших ячейках. Поэтому легко видеть, что WCDMA с тактовой частотой 5 МГц может обеспечить многолучевое разнесение в небольших ячейках, что невозможно в системе IS-95.
- Кроме того, для определенного значения временной задержки обычно имеется множество лучей почти равной длины, по которым распространяется радиосигнал. Например, лучи с разницей по длине равной половине длины волны (при частоте 2 ГГц это приблизительно 7 см) поступают фактически одновременно по сравнению с лучами, имеющими разность хода 78 м и между которыми возникает задержка равная длительности чипа (при скорости передачи 3,84 Мчип/с). В результате в приемнике, который перемещается даже на меньшие расстояния, имеет место подавление полезного сигнала, называемое быстрыми замираниями. Подавление полезного сигнала лучше всего представляется как сложение нескольких взвешенных векторов, которые получают фазовый сдвиг (обычно длина радиоволны по модулю) и затухание вдоль заданного направления в определенный момент времени.
Рисунок 7 7 . Многолучевое распространение приводит к получению многолучевого профиля задержки
- Рассеянная энергия сигналов с задержкой складывается за счет использования множества каналов Rake (корреляционных приемников), настроенных на те значения задержки, с которыми поступают сигналы со значительной энергией.
- Для смягчения проблемы, связанной с замиранием мощности сигнала, используются быстрое управление мощностью и разнесенный прием приемником Rake.
- Используются протоколы мощного кодирования, перемежения и повторения передачи для увеличения избыточности и разнесения по времени сигнала, и тем самым оказывается помощь приемнику в восстановлении битов пользователя, подвергшихся воздействию замираний.
- Определить позиции временной задержки сигналов, поступающих со значительной энергией и выделить для них корреляционные приемники, т.е. те тракты каналы Rake, которые настроены на эти пики. Сетка измерений по длительности для получения профиля задержки при многолучевом распространении составляет величину порядка одного чипа (обычно в пределах 0,25 0,5 длительности чипа) со скоростью обновления порядка десятых долей миллисекунд.
- В каждом корреляционном приемнике требуется проследить быстроизменяющиеся значения фазы и амплитуды, обусловленные процессом битовых замираний, и убрать их. Этот процесс слежения должен быть очень быстрым при скорости обновления порядка 1 мс или меньше.
- Просуммировать демодулированные и отрегулированные по фазе символы во всех активных трактах и передать их в декодер для
Рисунок 7 8 Принцип сложения по максимальному отношению в приемнике Rake CDMAРисунок 7 9 Блок-схема приемника Rake WCDMA
Временное разделение каналов (TDMA)
При временном разделении каналов информация от каждого абонента делится на пакеты (блоки), и пакеты от разных абонентов передаются по очереди. Передача осуществляется на одной частоте.
На примере представлено, информацию передают 3 абонента. Сначала Абонент 1 передал информацию, потом он закончил и сделал паузу, потом 2 и 3 и так далее. То время, которое выделяется каждому абоненту, называется временной слот (time slot).
А тот временной отрезок, который выделяется для всех абонентов называется кадром. В течении кадра все абоненты передали свои пакеты и когда начнется следующий кадр все начнется заново. Соответственно, сколько временных слотов в кадре столько абонентов и могут передавать информацию.
Похожие:
| Лекция №1 Введение в информационные технологииУзбекское Агентство Связи и Информатизации Ташкентский Университет Информационных Технологий | Лекция 2 Классификация видов информационных технологийТашкентский Университет Информационных Технологий Кафедра Информационных Технологий Информационные Технологии | ||
| Лекция 3 Прикладное программное обеспечениеТашкентский Университет Информационных Технологий Кафедра Информационных Технологий Информационные Технологии | Лекция 6 Проблема обеспечения компьютерной безопасностиТашкентский Университет Информационных Технологий Кафедра Информационных Технологий Информационные Технологии | ||
| Лекция 4 Мультимедиа технологияТашкентский Университет Информационных Технологий Кафедра Информационных Технологий Информационные Технологии | Узбекское агентство связи и информатизации ташкентский университет информационных технологий требования к содержанию и оформлению выпускной квалификационной работы бакалавра оглавлениеРуководство предназначено для студентов выпускников. В нём изложены основные требования к содержанию и оформлению выпускной квалификационной… | ||
| Лекция 5 web-технологииТашкентский Университет Информационных Технологий Кафедра Информационных Технологий Информационные Технологии | Ташкентский университет информационных технологий План приема 2010-2011 г г | ||
| Учебной, практической и культурнойУзбекистан, Общественный Фонд поддержки и развития независимых печатных средств массовой информации и информационных агентств Узбекистана,… | Ташкентский университет информационных технологийЦель работы. Изучить основные функциональные возможности программного сетевого эмулятора Packet Tracer Cisco Systems | ||
| Закон республики узбекистан 11. 12. 2003 г. N 560-ii об информатизации статья Цель настоящего Закона Статья Законодательство об информатизацииЦелью настоящего Закона является регулирование отношений в области информатизации, использования информационных ресурсов и информационных… |
Документы
Расширение спектра
За счет чего идет расширение спектра? Если подавать информационный сигнал напрямую на фазовый модулятор, скорость манипуляции совпадала бы с информационной, символьной скоростью. Но из-за того что мы информационный сигнал перемножаем с КП Уолша, а КП идет быстрее, в нашем случае в 8 раз, то и скорость манипуляции будет быстрее в 8 раз. Фаза в 8 раз чаще изменяет свое положение. Спектр расширяется в N раз, где N длина кодовой последовательности.
На картинке выше представлен спектр фазоманипулированного сигнала и спектр CDMA сигнала. Средняя мощность у них постоянная. Площадь у графиков одинаковая. Чтобы определить среднюю мощность сигнала по спектральной плотности мощности, нужно рассчитать площадь. Если площадь постоянна, если растягиваем вширь, соответственно высота должна уменьшиться.
Системы с расширенным спектром более устойчивы к узкополосным помехам по частотно-селективным замираниям. Когда говорим о кодовом разделении каналов, расширение спектра происходит как побочное действие, потому что скорость манипуляции увеличивается.
Расширенный спектр дает преимущества. Узкополосная помеха помеха у которой ширина спектра намного уже, чем ширина сигнала.
На картинке выше спектр без расширения и с расширением и присутствует узкополосная помеха. Из рисунка видно, какую часть повреждает узкополосная помеха без расширения и с расширением. Видим, что у расширенного спектра повреждена совсем малая часть, по сравнению со спектром без расширения.
Замирания появляются при многолучевом распространении, когда сигналы отражаются от множества объектов и в передатчик приходит множество лучей с разными фазами и когда они складываются с разными фазами у них амплитуда может увеличиться либо уменьшиться.
Когда спектр сигнала узкополосный, то вследствие замираний, будем наблюдать, как будто бы у него изменяется амплитуда, вплоть до того, что сигнал может потеряться в шумах и потеряется возможность к демодуляции сигнала.
А когда спектр сигнала широкий, больше мегагерца, десятки МГц, получается не на всех частотах сигнал складывается в одних и тех же фазах. Лучи приходят с одинаковой задержкой, но задержка по времени на частоте f1 и f2 она превращается в разные сдвиги фаз.
С одной стороны, расширение спектра идет, как побочное действие, потому что скорость манипуляции увеличилась, но за счет этого мы получили достоинство.
Множественный доступ с использованием LAS-кодов (LAS-CDMA)
Перейдём теперь к некоторым модификациям технологии CDMA. Но сначала надо понять, что не так с традиционным методом CDMA и для чего понадобилось его модифицировать. Дело в том, что в CDMA и автокорреляционные функции, и взаимные корреляционные функции неидеальны, т.е. в CDMA сигналы различных пользователей подвержены взаимной интерференции.
Давайте посмотрим на рис. 1, где приведён пример автокорреляционной и взаимной корреляционной функции для кодовых последовательностей, используемых в традиционных системах CDMA. Мы видим, что, во-первых, боковые лепестки обеих этих функций равны нулю далеко не везде. Во вторых, требования сохранения на низком уровне боковых лепестков как одной, так и другой функции противоречат друг другу. При разработке традиционных систем CDMA достигается некоторый компромисс: обычно боковые лепестки автокорреляционной и взаимной корреляционной функций устанавливаются на уровне около , где B – база сигнала (напомним, что база сигнала – это произведение его длительности на эффективную ширину спектра). Эта нижняя граница называется границей Уэлча. Таким образом, взаимная интерференция, наведённая пользователями, не может быть полностью устранена, и традиционные системы CDMA ограничены этой интерференцией.
Рис. 1. Автокорреляционная и взаимная корреляционная функции традиционного CDMA
Для устранения этого недостатка была предложена новая схема множественного доступа – синхронизированный на большой площади множественный доступ с кодовым разделением (large area synchronized code division multiple access, LAS-CDMA). Автокорреляционные функции всех кодов в системе LAS-CDMA идеальны, а на их взаимных корреляционных функциях существует окно без корреляции (interference-free window, IFW), симметричное относительно нуля. Благодаря наличию IFW, система LAS-CDMA может иметь намного более высокую ёмкость и спектральную эффективность, чем традиционная технология CDMA.
В схеме LAS-CDMA используются два семейства CDMA кодов – LA-коды и LS-коды. LA-коды – семейство последовательностей импульсов с точно рассчитанными интервалами между импульсами. LA-коды в основном используются для уменьшения интерференции между соседними сотами. Импульсы LA-кодов формируются путём прохождения LS-кода через его согласованный фильтр на нужных позициях импульсов. LS-коды используются для расширения спектра. Семейство LS-кодов обладает интересными корреляционными свойствами. На рис. 2, а приведён пример идеальной автокорреляционной функции LS-кодов. Некоторые взаимные корреляционные функции также идеальны, но большинство из них имеют лишь несколько пар боковых лепестков (рис. 2, b). Видно, что на взаимных корреляционных функциях существуют области, в которых боковые лепестки отсутствуют. Такие области вокруг нуля и называются IFW.
Преимущество синхронизированных систем LAS-CDMA состоит в том, что если временная дисперсия (возникающая из-за многолучевого распространения) канала находится внутри такого IFW, то и межсимвольная интерференция, и межпользовательская интерференция практически будут отсутствовать.
Рис. 2. Автокорреляционная и взаимная корреляционная функции LAS-CDMA
Получение последовательностей Уолша. Матрица Адамара
Одним из способов получения последовательностей Уолша – взять матрицу Адамара.
Каждая строка (столбец) матрицы Адамара – это последовательность Уолша.
Матрица Адамара – это полная ортогональная система последовательностей Уолша.
Получение матрицы Адамара:
Для кодового разделения каналов необязательно применение кодов Уолша. Возможно применение других ортогональных кодов и слабо коррелированных кодов.
Слабо коррелированные коды:
- М-последовательности;
- коды Голда;
- коды Касами и др.
Спасибо за прочтение статьи, переходи в раздел “радиосвязь”, там много полезной информации.
Сравнение методов NOMA
Теоретически методы NOMA могут приближаться к многопользовательской пропускной способности с помощью оптимального MUD. Однако в практических системах существуют ограничения по их применению — например, сложность приемника, энергетическая эффективность, пиковая скорость передачи данных, а также требования к синхронизации и задержке. Так, необходимо поддерживать большое количество пользователей в системах связи массового машинного типа (mMTC), которые обычно укомплектованы аккумулятором с ограниченным зарядом. Поэтому в них для уменьшения действия помех должны быть предусмотрены низкоскоростные коды FEC. Поскольку восходящий трафик mMTC обычно состоит из коротких пакетов данных, для уменьшения накладных расходов и задержки должен обеспечиваться режим свободного доступа. Более того, срок службы батареи терминалов mMTC должен быть очень долгим, что требует наличия приемника низкой сложности и сигналов с низким PAPR для повышения КПД усилителя мощности.
Напротив, в сценариях расширенной мобильной широкополосной связи (eMBB) высокий пик спектральной эффективности становится основной проблемой, в то время как сложность базовой станции может быть высокой в отличие от PAPR передаваемых сигналов и сложности мобильного приемника. Кроме того, в приложениях сверхнадежной связи с малой задержкой (URLLC), таких как пользовательское 3D-видео и дополненная реальность, связь между автомобилями и удаленное управление машинами, дронами и роботами, малая задержка и низкие коэффициенты потери пакетов являются первоочередными задачами.
В таблице сравниваются различные методы NOMA с точки зрения их PAPR, сложности приемника, задержки, доступа без грантов, пользовательской нагрузки и пиковой пропускной способности. PAPR MC-RSMA, MUSA и PD-NOMA выше из-за их суперпозиционной природы, они более уязвимы к нелинейности и требуют усилителя мощности с высокой линейностью на передатчике. Метод последовательного подавления помех в приемнике PD-NOMA приводит к высокой сложности и задержке. Однако когда используется приемник на основе MPA, что характерно для IDMA, LDS-CDMA и SCMA, то сложность и задержка приемника выше, даже если используется разреженная матрица расширения. Кодовый домен NOMA способен поддерживать доступ без грантов, но его пиковая пропускная способность ограничена из-за его природы с расширенным спектром. Для кодового домена NOMA пользовательская нагрузка определяется количеством доступных кодов расширения, что относительно мало в RSMA. В PD-NOMA высокая пользовательская нагрузка может поддерживаться за счет сложной стратегии распределения ресурсов и высокой сложности приемника.
|
NOMA |
PAPR |
Сложность приемника |
Задержка сигнала |
Доступ без запроса |
Пользовательская загрузка |
Пиковая пропускная способность |
|
IDMA |
Низкий |
Высокая |
Большая |
Да |
Высокая |
Низкая |
|
RSMA |
Низкий для SC-RSMA Высокий для MC-RSMA |
Низкая |
Большая для SC-RSMA Малая для MC-RSMA |
Да |
Низкая |
Низкая |
|
LDS-CDMA |
Низкий |
Высокая |
Большая |
Да |
Средняя |
Низкая |
|
SCMA |
Низкий |
Высокая |
Большая |
Да |
Средняя |
Низкая |
|
MUSA |
Высокий |
Низкая |
Малая |
Да |
Высокая |
Низкая |
|
PD-NOMA |
Высокий |
Средняя |
Средняя |
Нет |
Высокая |
Высокая |
Заключение
В третьей части мы рассмотрели как ортогональные, так и неортогональные методы множественного доступа с кодовым разделением пользователей, ведь без этих методов невозможно обойтись при проектировании современных систем связи. Рассмотрели основные преимущества и недостатки этих технологий. Хочу отметить, что в большинстве неортогональных методов отсутствует строгая теория построения кодовых сигнатур, при этом кодовые книги получают с помощью различных вычислительных алгоритмов, оптимальность которых остаётся под вопросом.
В четвёртой части статьи из серии “Обзор методов множественного доступа в беспроводной связи” вас ждут методы множественного доступа, основанные на пространственном разделении пользователей.
