BELAIDŽIO RYŠIO SISTEMOS

Šiaulių universitetas, Elektronikos katedralekt. Vytautas Vyšniauskas

2009, Šiauliai

2

TURINYS

BEVIELIO RYŠIO ISTORIJA................................................................................................................................. 3

1 BEVIELIO RYŠIO SISTEMOS ............................................................................................................................ 9

1.1 RYŠIO PARAMETRAI ........................................................................................................................................... 91.2 RADIJO BANGOS IR DIAPAZONAI ........................................................................................................................141.3 MODULIACIJA...................................................................................................................................................18

1.3.1 Amplitudinė moduliacija...........................................................................................................................181.3.2 Dažninė moduliacija.................................................................................................................................191.3.3 Fazinė moduliacija ...................................................................................................................................20

1.4 ANALOGINĖS RYŠIO SISTEMOS...........................................................................................................................211.5 SKAITMENINĖS RYŠIO SISTEMOS ........................................................................................................................221.6 GSM DABARTIS IR ATEITIS ................................................................................................................................23

2 KORINIS RYŠYS .................................................................................................................................................26

2.1 MOBILAUS RYŠIO PRINCIPAI .............................................................................................................................262.2 KORINĖS MOBILAUS RYŠIO SISTEMOS.................................................................................................................272.3 KORINIO RYŠIO SISTEMŲ ARCHITEKTŪRA. ..........................................................................................................282.4 ANALOGINĖS KORINIO RYŠIO SISTEMOS............................................................................................................302.5 KORINIO RYŠIO SISTEMŲ KOMPONENTAI ...........................................................................................................31

3 SKAITMENINĖS SISTEMOS .............................................................................................................................33

3.1 FDMA (FREQUENCY DIVISION MULTIPLE ACCESS) ...........................................................................................363.2 TDMA (TIME DIVISION MULTIPLE ACCESS ) .....................................................................................................36

3.2.1 TDMA Pranašumai...................................................................................................................................383.2.2 TDMA Trūkumai ......................................................................................................................................383.2.3 TDMA ir CDMA palyginimas....................................................................................................................39

3.3 CDMA.............................................................................................................................................................393.3.1 CDMA technologijos įgyvendinimas..........................................................................................................413.3.2 Pseudo-Atsitiktinio Kodo Generavimas .....................................................................................................413.3.3 Spektro išplėtimas pseudo-triukšmu ..........................................................................................................423.3.4 Apdorojimo skvarba (Processing Gain).....................................................................................................433.3.5 Duomenų perdavimas ...............................................................................................................................433.3.6 Duomenų Priėmimas ................................................................................................................................453.3.7 Sistemos talpa ..........................................................................................................................................463.3.8 Interferencijos įtaka..................................................................................................................................473.3.9 Sistemos veikimas.....................................................................................................................................483.3.10 Sujungimas (Call Setup)..........................................................................................................................503.3.11 Pokalbis (Call Processing)......................................................................................................................51

3.4 OFDM (ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING) ..........................................................................543.4.1 OFDM ir ortogonalumo principas ............................................................................................................54

3.4.2 OFDM IMTUVAS DBV-T TELEVIZIJAI .............................................................................................................583.4.2.1 Uždaviniai vidiniam imtuvui ir imtuvo struktūrai....................................................................................583.4.2.2 Kanalų apskaičiavimas ..........................................................................................................................593.4.2.3 Imtuvo savybės ......................................................................................................................................60

3

Bevielio ryšio istorija

Bevielio ryšio sistemų ištakos yra 1890 metai, Markonio radijas ir bevielis telegrafas. Nuoto laiko buvo padaryta daugybė išradimų ir sukurta technologijų:

· 1890 Markonio radijas ir bevielis telegrafas· 1898 Pirmas komercinis radijas (tik duomenys)· 1900 Pirma garsinio radijo tarnyba· 1910 Laivyno radijo ryšys· 1919 Įkurta Radio Corporation of America (RCA)· 1921 Pirmoji policijos radijo dispečerio tarnyba Detroite· 1935 FM radijas – pagerinta garso kokybė· 1946 Pirmoji viešojo mobiliojo telefoninio ryšio tarnyba Mobile Telephone

Service (MTS) Sant Luise (St Louis)· 1949 Federal Communications Commission (FCC) leido bevielį ryšį· 1965 Mobiliojo ryšio paslaugų pagerinimas· 1970-ieji Advanced Mobile Telephone Service (AMPS)· 1970-ieji Citizen's Band (CB) gyventojų radijas (nešiojamos ir automobilinės)· 1980-ieji Regional Bell Operating Companies (RBOC) emerge· 1990-ieji Digital Signal Processing (DSP) naujos bevielio ryšio galimybės

1989 metais, Markonis sukūrė pirmąja komercinę radijo ryšio sistemą (telegrafas)sujungdamas du taškus nutolusius daugiau kaip 7.5 mylios (12 km). 1900-siais buvopademonstruotas pirmasis balso radijas. Radijo ryšio galimybėmis susidomėjo laivynas ir 1910metais Amerikos vyriausybė patvirtino laivyno ryšio reikalavimus ir iki 1918 metų, 5700 laivųturėjo bevielį telegrafą. Ir tai natūralu, nes išplaukę laivai neturėdavo jokio ryšio su žeme ir nebuvojokių galimybių susisiekti su krantu. Kariniam laivynui radijas suteikė galimybę koordinuoti laivųveiksnus, net tada kai jie būdavo už horizonto ar toli nuo kranto. Prie bevielio ryšio populiarinimoprisidėjo ir spauda (1 pav.), kurioje buvo spausdinamos schemos ir adresai iš kur galima parsisiųstireikalingas medžiagas.

1 pav. Skelbimas „Scientific American“ 1905 lapkričio 25

1919 metų spalio 17 dieną Radio Corporation of America (RCA) įkūrė žinių ir pramogųradijo stotį, kuri tapo labai populiari. Sekantis didžiulis žingsnis buvo, kai 1921 metais Detroitopolicijoje buvo įkurta dispečerių tarnyba, kurios siųstuvai veikė 2 Mhz dažniu. DažninioModuliacijos (Frequency Modulation, FM) atradimas 1935 metais, leido pagerinti garso kokybę ir

4

sumažinti radijo imtuvų gabaritus. Tai sudarė prielaidas per sekantį dešimtmetį sukurti mobilaustelefoninio ryšio sistemas. Pirmoji mobiliojo ryšio sistema buvo įdiegta 1946 metais Sant Luise.

Pirmosios mobiliojo ryšio sistemos buvo brangios, sunkios ir nelabai patikimos. Sistemosbuvo tobulinamos daugiau kaip dvidešimt metų, ir 1970-siai buvo sukurta populiari sistema, kuribuvo pavadinta Citizen`s Band (CB) radiju. Ji teikė pigią mobiliojo ryšio paslaugą ir veikė 800MHz dažniu su bendro naudojimo kanalais.

2 pav. Detroito policijos radijo dispečerio įranga 1925 metais.

1980-asiais Regional Bell Operating Companies (RBOC) pradėjo teikti nedidelio greičiobevielę tekstinių pranešimų perdavimo paslaugą. Cellular Digital Packet Data (CDPD) ir Mobitexbuvo duomenų perdavimo tarnybos, kurios naudojo duomenų tinklą veikiantį korinių struktūrųpagrindu. Per šį laikotarpį naujos kartos analoginiai telefonai ir mobiliojo ryšio paslaugos labaipaplito ir tapo plačiai prieinamos.

1990-asiais mikroelektronikos pasiekimai irskaitmeninis signalų apdorojimas sudarė sąlygas pagamintidaug mažesnius mobiliojo ryšio įrenginius, kurie naudojožymiai mažiau energijos, žymiai efektyviau išnaudojoradijo dažnių juostą.

Ericsson firma 1987 metais pagamino pirmąjįrankoje telpantį mobiliojo ryšio telefoną (3 pav.). Mobiliojoryšio paslauga tapo viena iš populiariausių ryšio paslaugų.Vien JAV šiuo metu yra daugiau kaip 100 milijonųmobiliųjų telefonų ir apie 30 milijonų pranešimų gavikliųabonentų. Be telefoninio ryšio, mobiliojo ryšio operatoriaiteikia trumpų žinučių (SMS), elektroninio pašto (E-mail)paslaugas, o taip pat mobiliojo interneto (WAP) paslaugas.Interneto prieiga leidžia mobiliojo telefono turėtojuipasiekti Internetą bet kurioje vietoje kur tik yra telefonoryšys. Per Internetą vartotojas gali sužinoti orų prognozę,valiutų ir akcijų kursus, pirkti interneto parduotuvėse,mokytis. Tam tikslui yra įvairių mobiliojo ryšio priemonių.Mobilus internetas pasiekiamas iš nešiojamų kompiuterių ir

kitų personalinio naudojimo priemonių per lokalius tinklus, kurie naudoja bevielį Ethernet(802.11b) ar Bluetooth. Šiuo metu yra populiarūs nuotolinio valdymo pultai, kuriais įjungiamos ir

3 pav. Ericsson mobilus telefonas

5

išjungiamos automobilių apsaugos sistemos, valdomos garažų durys, televizinė ir garso aparatūra.Bevielio ryšio priemonės gali suteikti žymiai platesnes nuotolinio valdymo galimybes. Pavyzdžiuireguliuoti namo ar buto šildymo ir vėdinimo sistemą, paskambinti į jūsų telefoną ir leisti pasikalbėtisu žmogumi prie jūsų buto durų, valdyti buto, garažo ar namo apsaugos sistemas, įjungti apšvietimąkieme ir t.t. Be to dar galima nustatyti telefono buvimo vietą, nors kol kas dar ne labai tiksliai, betateityje planuojama, kad bus tiksliau, kai į telefonus bus įmontuojam palydovinė globalaus padėtiesnustatymo sistema (Global Positioning System, GPS).

Mobiliojo ryšio taikymai:· Komunikacijos

o Mobilūs bevieliai telefonaio El. Paštas, žinutės, pranešimai

· Informacinės sistemos, internetaso Mokymasis: mokyklos, universitetai, sveikatos apsauga, finansaio Informacija: naujienos, orai, prekyba, užsakymai

· Valdymaso Veiksmai: atidaryti duris, įjungti šviesą, iškviesti liftą, reguliuoti šildymą, ...o Pavedimai: bankomatai, apsipirkimas, balsavimas, ...

· Stebėjimaso Asmeninis: medicininė įranga, pavojaus pranešimaio Aplinkos: įrengimų aptarnavimas, apsauga

· Padėties nustatymaso GPSo Korinio tinklo

Šiandieninės mobiliojo ryšio priemonės teikia ryšio, informacines ir valdymo paslaugas.Tokių priemonių pavyzdžiai yra mobiliojo ryšio telefonai, pranešimų gavikliai, (Personal DigitalAssistant, PDAs), padėties nustatymo sistemos (Global Positioning Systems, GPS), nuotoliniovaldymo pultai, ir įvairūs kompiuteriai. Naujieji nešiojami PDA (4 pav.) apjungia kompiuterį,užrašų knygelę ir ryšio priemonę su naujais bevielio ryšio standartus 2.5G ir 3G. Dauguma PDA,komunikatorių ir sumaniųjų telefonų (5 pav.) turi daugybę integruotų galimybių, kurios šiemsįtaisams suteikia daug naujų savybių, o tai, kad juose yra operacinė sistema ir daug atminties šiemsįrenginiams suteikia praktiškai neribotas galimybes, kaip nuotolinio valdymo įrenginių ir ne tik. Įmobilų telefoną jau šiuo metu galima gauti: orų prognozes, akcijų biržos kursus ir kitą informaciją,o taip pat atlikti bankines operacijas.

4 pav. Delninis kompiuteris - komunikatorius 5 pav. Sumanusis telefonas

6

· Pirmoji mobiliųjų sistemų karta (1G)Tai buvo paprasčiausias bevielio ryšio tinklas, sukurtas 1980-siais ir naudojo analoginędažnio moduliaciją (FM), kaip perdavimo technologiją. Šios sistemos turėjo eilę problemųtokių kaip tarpusavio nesuderinamumas, signalo praradimas, siaura dažnių juosta, ribotaspokalbių skaičius vienu metu.

· Antroji mobiliųjų korinio ryšio sistemų karta (2G ir 2.5G)Pirmoji sistema, kurioje buvo panaudotos skaitmeninio ryšio technologijos tokios kaipTDMA (Time Division Multiple Access) balso ir duomenų perdavimui. Duomenųperdavimo sparta buvo dešimtys kilobitų per sekundę (kbps). Kitos technologijos, kuriosbuvo panaudotos FDMA (Frequency Division Multiple Access) ir CDMA (Code DivisionMultiple Access).

6 pav. Mobiliojo ryšio sistemų kartų apžvalga

Vėliau surinktos pažangiausios technologijos buvo pavadintos 2.5G. Ši sistema apėmė GSM(Global System for Mobile Communications) ir GPRS (General Packet Radio Service), otaip pat turėjo didesnę duomenų perdavimo spartą ir dažnių juostą.

· Trečioji mobiliųjų korinio ryšio sistemų karta (3G)Ši sistema veikia ir dabar kai kuriose Europos valstybėse ir Tolimuosiuos Rytuose.Maksimalus sistemos perdavimo greitis 2 Mbps (megabitai per sekundę) ir gali būtinaudojama tiek kaip paketų komutavimo, tiek kaip sujungimų sistema balsui perduoti sukeletu naujų papildymų kurie leidžia perduoti balsą, vaizdą ir duomenis truputį didesnesparta bei suteikia patrauklesnę vartotojo sąsają. Pavyzdžiui, 3G korinio ryšio sistemapalaiko UMTS (Universal Mobile Communications System), 3GWAP (WirelessApplication Protocol) ir CDMA-2000 standartus.

· Ketvirtoji mobiliųjų korinio ryšio sistemų karta (4G)Ši sistema šiuo metu kuriama ir bus įgyvendinta per 2008 – 2015 metus. Ji sujungs ne tikžmogų su žmogumi, bet ir automobilį ar namą su žmogumi. Automobilio kompiuteris galėsbendrauti su namų ar įmonės kompiuteriu, techninio aptarnavimo stotimi, meteorologijostarnyba, kelių eismo tarnyba ir t.t.

7

7 pav. GSM vartotojų sprogimas pagal pasaulio šalis.

Global System of Mobile Communications (GSM) abonentų skaičius pasaulyje augoskirtingais tempais (7 pav.). Šiaurės Amerikoje vartotojų skaičius išaugo nuo 25 milijonų 1996metais iki daugiau kaip 150 milijonų 2001 metais. Europoje augimas buvo žymiai spartesnis nuobeveik 25 milijonų, kaip ir Šiaurės Amerikoje, 1996 metais iki 400 milijonų 2001 metais. Azijos irRamiojo vandenyno regione nuo 25 milijonų 1996 metais iki daugiau kaip 100 milijonų2001metais. Likusioje pasaulio dalyje yra apie 25 milijonai abonentų.

Pirmoji GSM stotis buvo sumontuota Vilniuje, Vivulskio gatvėje. 1995 metais "Omnitel"verslo planuose buvo įrašyta prognozė - 2001 metais turėti 25 tūkst. abonentų, bet jau po metųbendrovė turėjo daugiau kaip 26 tūkst. klientų.

Po penkerių mobiliojo ryšio gyvavimo metų, 2000-aisiais, buvo įdiegta naujos kartosduomenų perdavimo technologija - GPRS, dar po ketverių - 2004-aisiais - Vilniaus gatvėse žmonėsjau naudojosi 3G ryšiu (žiūrėjo televizijos transliaciją mobiliajame telefone).

2004-tųjų metų pabaigoje mobiliojo ryšio skverbtis pagal SIM korteles Lietuvoje pasiekė99,9 proc. (Ryšių reguliavimo tarnybos (RRT) duomenys). Lietuvoje didžiausią tarp ES šalių - 62proc. - telekomunikacijų rinkos pajamų dalį sudaro mobiliojo ryšio pajamos. Lietuvoje vienasmobiliojo ryšio abonentas per metus kalbėjo vidutiniškai daugiau nei 260 minučių.

Mobiliojo ryšio pajamos, sudarančios maždaug 51 proc. visos telekomunikacijų rinkos, per2004 metus išaugo 8,5 proc. - nuo 1,002 mlrd. iki 1,087 mlrd. litų. ”Omnitel“ paslaugomis 2005metų duomenimis naudojosi 1,2 mln. privačių abonentų ir apie 70 proc. šalies verslo įmonių.

„BITĖ GSM“ istorijos pradžia - 1995 m., kuomet pradėjo veikti BITĖS tinklas ir pirmasisbendrovės prekybos salonas. Nuo to laiko kiekvieni metai buvo dar vienas žingsnis augimo link:plėtėsi paslaugų spektras, didėjo individualių ir verslo klientų skaičius, buvo vystomas tinklas,diegiamos naujausios technologijos, skiriamas vis didesnis dėmesys klientų poreikiams beiaptarnavimui.

Kryptingas augimas ir investicijos užtikrino, jog šiandien BITĖ yra mobiliojo ryšiooperatorius, teikiantis visą mobiliojo ryšio, duomenų perdavimo ir interneto paslaugų spektrą.Įskaitant mobiliojo ryšio paslaugų teikėjų abonentus BITĖS tinkle 2005 m. balandžio mėn. Buvo 1mln. abonentų.

1999 m. gruodžio 14 d. – Vilniuje pradėjo veikti trečiojo Lietuvoje GSM operatoriaus"TELE2" mobilaus ryšio tinklas. 2000 m. gegužę – "TELE2" pristatė pirmąją savo komercinępaslaugą – "X-GSM", po metų pavadinimas pakeistas į "Pildyk"; tai – išankstinio apmokėjimo"TELE2.Mobile" paslauga. 2000 m. lapkritį – "TELE2" pristatė antrąją "TELE2.Mobile" komercinępaslaugą – mėnesinio apmokėjimo mobiliojo ryšio paslaugą. 2001 m. sausio 3 d. - UAB "TELE2"gavo GSM 900 Mhz licenciją. 2003 m. liepą – UAB "TELE2" tapo antru pagal dydį mobiliuojuoperatoriumi Lietuvoje. 2003 m. gruodį – UAB "TELE2" pristatė naują išankstinio apmokėjimopaslaugą – “Mažylis”. 2004 m. UAB "TELE2" pradėjo teikti pigesnes fiksuoto ryšio paslaugas –TELE2.TELEFON. "TELE2" vizija – tapti stipriausia alternatyvia telekomunikacines paslaugas

8

teikiančia bendrove Europoje. "TELE2" misija Lietuvoje – padaryti mobilųjį ryšį Lietuvojeprieinamą kiekvienam.

Perspektyvoje numatomas tolesnis mobiliųjų vartotojų skaičiaus augimas, tačiau dėlprisisotinusios rinkos (8 pav.) jis truputį mažės. Tačiau vystantis mobiliojo ryšio sistemoms irpateikiant vartotojams vis naujesnes paslaugas bei pereinant prie kokybiškai naujesnių paslaugųvartotojai įsigis naujesnius aparatus su daugiau paslaugų.

8 pav. Mobilių vartotojų augimo tendencijos

Iš to paties grafiko (8 pav.) matyti, kad mažėja kasmetinė tinklų statyba, o tai reiškia, kadžemėje lieka vis mažiau vietų, kuriose nėra mobiliojo ryšio. Tarptinklinio ryšio paslaugos leidžiakeliauti beveik po visą pasaulį su tuo pačiu telefonu. Kurį laiką buvo problemų dėl dažnių skirtumųEuropoje, Amerikoje, Japonijoje ir Ramiojo vandenyno šalyse, tačiau ši problema buvo išspręsta,gaminant dviejų dažnių telefonus.

9 pav. Bevielių ryšio priemonių prekybos prognozės

9

Kelių pagrindinių bevielių įrenginių (9 pav.) pardavimai ir pardavimų prognozės rodo, kadpaklausa auga.

Bevielis ryšįs patogus ne vien telefoniniams pokalbiams. Daug seniau radijo bangospradėtos naudoti radijui ir televizijai. Radijo ir televizijos transliacijos tapo neatsiejama kasdienybėnaujienų ir žinių šaltinių, bei mokymo priemone. Nors tai tik vienpusis ryšys, bet jis iš esmėspakeitė pasaulį. Šiuolaikinės technologijos naudoja skaitmeninį duomenų perdavimą. Norsnaudojamos tos pačios radijo (elektromagnetinės) bangos, bet tobulėjant elektroninei įrangaiskaitmeninių duomenų perdavimui, ryšio priemonės tapo labai kompaktiškos, naudoja mažaienergijos, ir todėl gali būti naudojamos įvairiose sistemose. Pavyzdžiui, dabar sunku įsivaizduotinešiojamą kompiuterį be bevielio tinklo įrenginio. Kompiuterių ir kompiuterinių sistemųskverbimasis į visas gyvenimo sritis dar labiau skatina bevielių sistemų vystymąsi.

1 Bevielio ryšio sistemos

Bevielio ryšio priemonės teikia tokias svarbias didelio nuotolio ryšio paslaugas, kuriosneįmanomas naudojant laidinį ryšį. Telekomunikacijose bevielis ryšys dažniau žinomas kitaispavadinimais: radijo transliacija, televizija, radijo ryšys, nuotolinis valdymas, bevielis kompiuteriųtinklas, kosminio ryšio sistemos ir t.t. Bevielio ryšio sistemose gali būti naudojami radijo dažniai,infraraudoni spinduliai, lazerio spinduliai, garso bangos ir t.t.

Ryšiui naudojamų radijo bangų diapazonas nuo dešimčių kilohercų iki dešimčių gigahercųir yra gerai ištirtas ir įsisavintas. Šviesos spinduliais paremtos ryšio priemonės veikia tik tiesioginiomatomumo ribose, todėl ryšio nuotolis yra nedidelis, bet kartais tai ir yra naudingiausia tokios ryšiopriemonės savybė.

Infra raudonų spindulių (Infra-red, IR) ryšio sistemos dažniausiai naudojamos vietiniamryšiui 800 – 900 nm (nanometrų) bangos ilgio diapazone. Šioms ryšio sistemoms nereikia leidimų,nes nesukelia radijo bangų interferencijos. Tačiau jos gali būti veikiamos saulės šviesos ar kaitriniųir fluorescentinių lempų. IR siųstuvas ir imtuvas yra labai paprasti, o ryšiui naudojama impulsinėamplitudinė moduliacija, šviečia – nešviečia, o ryšio patikimumui naudojamos programinės priemonės –specialūs ryšio protokolai. Todėl IR sistemos yra pačios pigiausios iš visų bevielių. Ryšio sistemos,kuriose naudojami lazeriai, gali būti naudojamos lauke, tačiau jos labai veikiamos atmosferiniųkritulių, kurie gali ne tik pabloginti, bet ir visiškai nutraukti ryšį.

Garsinis ryšys yra naudojamas ten, kur negalima naudoti nei radijo ryšio nei optinio. Vienaiš tokių aplinkų yra vanduo, nes vandenyje radijo bangos greitai slopsta, o šviesa greitai išsklaidomaarba greitai silpsta jei vanduo nėra skaidrus. Garso ir ultra garso bangos vandenyje sklinda geriaunei ore, nes aplinka yra tankesnė. Komunikacijoms dažniau naudojamas ultragarsas, nors gali būtinaudojamas ir girdimas garsas. Karinis jūrų laivynas jau seniai naudoja garso lokaciją (sonarus) tiekpovandeniniuose laivuose, tiek povandeninių laivų aptikimui. Povandeniniai laivai dažniau naudojapasyvų, klausymosi, metodą. Žvejybinis laivynas sonarais aptinka žuvų telkinius, o taip pat naudojasu tinklais, kad tiksliai pataikyti ant žuvų telkinio.

1.1 Ryšio parametrai

Ryšio sistemos našumą riboja du svarbiausi veiksniai: juostos plotis ir triukšmas.· Informacijos signalo juostos plotis – tai paprasčiausiai skirtumas tarp signalo

aukščiausio ir žemiausio dažnių.· Ryšio kanalo juostos plotis yra skirtumas tarp aukščiausio ir žemiausio dažnių, kuriuos

šis kanalas gali praleisti (t.y. kanalo pralaidumo juosta).

Ryšio sistemos informacijos talpa - tai matas, kuris nusako kiek informacijos galimaperduoti konkrečia sistema per tam tikrą laiko tarpą. Hartlio taisyklė (Hartley law):

10

tBI ´µ (1.1)

čia I – informacijos kiekis,B – sistemos praleidžiamų dažnių juosta (hercais),t – perdavimo laikas (sekundėmis)

Lygtis (1.1) parodo, kad informacijos kiekis tiesiškai ir tiesiogiai priklauso nuo tiek nuopraleidžiamų dažnių juostos, tiek nuo perdavimo laiko. Jei praleidžiamų dažnių juostos plotispadvigubėja, galia perduoti dvigubai didesnį informacijos kiekį. Jei perdavimo laikas padidėja arsumažėja, tiek pat pasikeičia ir informacijos kiekis.

Elektroninės ryšio sistemos gali būti suprojektuotos perduoti duomenis tik viena kryptimi(transliacija, simpleksas), abiem kryptim, bet vienu metu tik į vieną kažkurią pusę (pusiaudupleksas), abiem kryptim vienu metu (pilnas dupleksas) ir abiem kryptim su keliais vartotojais(pilnas/pilnas dupleksas). Tai vadinama siuntimo režimais. Jų savybės:

Simpleksas (Simplex) (SX)· Ryšys yra vienkryptis.· Tokios sistemos dar vadinamos: one-wayonly, receive-only arba transmit-only.· Stotis gali būti arba siųstuvas arba imtuvas, bet ne abu kartu.· Pvz.: komercinės radijo ir televizijos transliacijos.

Pusiau dupleksas (Half Duplex) (HDX)· Ryšys yra dviejų krypčių, tačiau ne tuo pačiu metu.· Tokios sistemos dar vadinamos: two-way-alternate, either-way, arba

over-and-out.· Stotis gali būti tiek siųstuvas, tiek imtuvas, bet ne tuo pačiu metu.· Tokios radijo sistemos naudoja push-to-talk (PTT) jungiklius, keisti siuntimui ir

priėmimui.· Pvz.: mėgėjiškos radijo stotys, spec. tarnybų ryšio sistemos.

Pilnas dupleksas (Full Duplex) (FDX)· Čia siuntimas vyksta abiem kryptimis ir tuo pačiu metu.· Tokios sistemos dar vadinamos: two-way simultaneous, duplex arba both-way.· Stotis gali siųsti ir priimti vienu metu, tačiau stotis, kuriai siunčiama, turi būti ta pati,

kuri iš kurios yra priimama.· Pvz.: įprastinė telefoninio ryšio sistema.

Pilnas/pilnas dupleksas (Full/Full Duplex) (F/FDX)· Čia taip pat siunčiama ir priimama vienu metu, bet ne būtiniai šis ryšys tarp dviejų taškų

(viena stotis siunčia kitai stočiai, o priima iš trečios stoties tuo pačiu metu).· Toks rėžimas paprastai yra taikomas duomenų perdavimo grandinėse.

TriukšmasElektrinis triukšmas gali būti apibrėžtas kaip bet kokia nereikalinga įtampa ar srovė, kuri

atsiranda imtuvo išėjime. Triukšmo signalas atsiradimo taške paprastai yra labai mažas –mikrovoltų eilės. Tačiau, imtuvo priimamas signalas dažnai taip pat yra mažos amplitudės, netgi tospačios eilės, kaip ir triukšmas. Pavyzdžiui FM radijo signalas imtuvo įėjime yra apie 10 μV. Taigi,jei signalas yra tos pačios eilės kaip triukšmas, priėmimas gali būti neįmanomas. Situacija yra netgidar blogesnė, nes imtuvas pats savaime sukuria papildomą triukšmą. Triukšmas esantis priimtameradijo signale yra įneštas perdavimo terpėje ir yra vadinamas išoriniu triukšmu. Triukšmas, kurįįneša pats imtuvas yra vadinamas vidiniu triukšmu.

11

Išorinis triukšmas

Žmonių sukurtas triukšmasJį sukelia kibirkštis sukuriantys mechanizmai: variklių užvedimo sistemos,

fluorescencinės lempos, elektros variklių komutatoriai. Dar vienas tokių triukšmų šaltinisyra energijos tiekimo linijos, kurios tiekia energiją praktiškai visoms elektroninėmssistemoms. Triukšmas spinduliuojamas praktiškai tokiu pat būtu kaip signalas išperduodančios radijo antenos. Toks triukšmas atsiranda atsitiktinai, o jo dažnis yra viršapie 500 MHz.

Atmosferinis triukšmasJį sukuria natūralūs neramumai žemės atmosferoje (žaibai). Tokio triukšmo

dažnių ruožas yra pasiskirstęs praktiškai visoje radijo dažnių juostoje, tačiau jointensyvumas yra atvirkščiai proporcingas dažniui. Jis daugiausiai rūpesčių sukeliažemuose dažniuose, tačiau virš 20 MHz yra nereikšmingas. Jis pasireiškia kaip traškesysAM (amplitudinės moduliacijos) radijo imtuve, kurį sukelia statiniai elektros išlydžiai. Jostiprumas didėja artėjant audrai.

Kosminis triukšmasKitas tai triukšmas ateinantis iš kosmoso ir vadinamas kosminiu triukšmu. Jo

šaltinis yra tiek žvaigždės, tiek saulė. Triukšmas, kurį sukuria saulė, dar vadinamas saulėstriukšmu. Saulės triukšmo pikai kartojasi maždaug kas 11 metų. Visos kitos žvaigždės taippat generuoja kosminį triukšmą, kadangi jos yra daug toliau nei Saulė, kiekvienos jųtriukšmas yra labai mažas, bet žvaigždžių yra labai daug ir jų triukšmai sumuojasi.Kosminio triukšmo dažnių ruožas apie 8 MHz - 1.5 GHz. Žemesnio dažnio nei 8 MHztriukšmus sugeria Žemės jonosfera. Jonosfera, tai sritis virš Žemės atmosferos, kuriojelaisvųjų jonų ir elektronų yra tiek, kad paveiktų elektromagnetinių bangų sklidimą.Jonosfera užima sritį nuo keturiasdešimties iki aštuonių šimtų kilometrų nuo žemėspaviršiaus, jonosfera skirstoma į keturis sluoksnius. Sluoksnių aukštis priklauso nuo paroslaiko ir viršutinysis sluoksnis naktį yra 420, o dieną 800 km aukštyje.

Vidinis triukšmasVidinį triukšmą sukuria pats imtuvas. Didžiausią įtaką daro triukšmas, kuris yra

sukuriamas pirmojoje imtuvo stiprinimo pakopoje, todėl ši pakopa turi būti ypač atidžiaiprojektuojama ir pasižymėti mažais triukšmais. Taip yra todėl, kad čia signalas yramažiausios amplitudės, ir triukšmas prisidėjęs šiame taške bus didžiausias proporcingainaudingam signalui. Kitos grandinės taip pat didina triukšmą, tačiau jų įtaka gerokaimažesnė, lyginant su įėjime atsirandančiais triukšmais. Yra du pagrindiniai triukšmųšaltiniai, kuriuos sukuria elektroninės grandinės:

· Šiluminis triukšmas – (THERMAL NOISE)· Tranzistorinis triukšmas – (TRANSISTOR NOISE)

Papildomai:· Perteklinis triukšmas – (EXCESS NOISE)· Sklidimo trukmės triukšmas – (TRANSIT-TIME NOISE)

Šiluminis triukšmasJį sukelia sąveika tarp laisvųjų elektronų ir vibruojančių jonų laidininke. To

pasėkoje elektronai rezistoriaus išėjimą pasiekia atsitiktiniais laiko momentais, tuo pačiukinta potencialų skirtumas rezistoriuje. Rezistoriai ir kitų elektroninių įtaisų vidinė varžanuolat sukuria triukšmo įtampą. Šis triukšmas priklauso nuo temperatūros ir vadinamasšiluminiu triukšmu. Jo dažnių ruožas yra tolygiai pasiskirstęs visame naudingame dažniųspektre. Šis triukšmas dar vadinamas Džonsono (Johnson), terminiu ir baltuoju triukšmu.Šio triukšmo galia skaičiuojama taip:

12

fkTPn D= (1.2)

čia k – Boltzmann'o konstanta (1,38 10-23J/K),T – rezistoriaus temp.(K),Δf – sistemos dažnių juosta.

Kadangi triukšmo galia proporcinga dažnių juostai, tai rekomenduojama kiek įmanomaapriboti imtuvo juostos plotį. Šis triukšmas yra kaip kintama įtampa, kuri turi atsitiktinęmomentinę amplitudę, tačiau jo efektinė vertė gali būti numatyta:

fRkTen D= 4 (1.3)

Čia en – triukšmo kvadratinis vidurkis (RMS),R – varža generuojanti triukšmą.

Momentinė triukšmo reikšmė nėra apibrėžta ar nuspėjama, bet pikų nukrypimai nuovidutinės reikšmės yra apie 10 kartų mažesni. Terminis triukšmas siejamas ne vien tik surezistoriais, jis yra kondensatoriuose, induktyvinėse ritėse ir elektronikos komponentuose.Taigi, tokio paties nominalo, bet skirtingi rezistoriai sukuria skirtingą triukšmą. Angliniairezistoriai yra pigiausi, tačiau deja ir patys triukšmingiausi. Metalo plėvelės rezistoriai turigeriausią kokybės ir kainos santykį ir gali būti naudojami ten kur reikia mažo triukšmorezistorių.

Tranzistorinis triukšmasTai triukšmas, kurį sukuria tranzistoriai apart šiluminio triukšmo. Angliškai jis darvadinamas shot noise. Jo priežastis srovės kaip diskrečių-dalelių prigimtis visosepuslaidininkiuose. Šie srovės nešėjai, net tekant nuolatinei srovei, nejuda tolygia tėkme, jųtrajektorijos yra atsitiktinės. Terminas shot noise kilęs iš garso, kuris girdimas pergarsiakalbį kai stiprintuvas veikai pilna galia; jis panašus į garsą, kurį skleidžia šrataiatsimušę į metalinį paviršių. Tranzistorinis ir terminis triukšmai yra adityvūs.Tranzistorinis triukšmas diode (viena pn sandūra):

BqIi dcn 2= (1.4)

Deja, nėra formulės, kuri leistų apskaičiuoti tranzistoriaus triukšmą. Todėl projektuojanttenka naudotis tiekėjo pateiktomis triukšmo charakteristikomis, kurios yra reglamentuotosir matuojamos gamybos metu.

Perteklinis triukšmasYra dar dvi mažai ištirtos triukšmo rūšys, kurios atsiranda abiejuose dažnių juostosgaluose. Žemųjų dažnių efektas vadinamas pertekliniu triukšmu. Jo dažnis žemiau 1 KHz.Perteklinis triukšmas dar vadinamas flicker noise, pink noise or 1/f noise. Jis yra tiekbipoliariniuose, tiek lauko tranzistoriuose.

Sklidimo-trukmės triukšmasJis atsiranda ties įtaiso ribiniu dažniu aukštuose dažniuose, kur įtaiso triukšmas pradedasparčiai didėti. Kai krūvio nešėjų sklidimo per pn sandūrą trukmė yra artima signaloperiodui, kai kurie nešėjai grįžta atgal. Tai vadinama sklidimo-trukmės triukšmu.

Pilnas triukšmasŠie aukštų ir žemų dažnių efektai yra nesvarbūs projektuojant imtuvus, nes jo pradiniaistiprinimo laipsniai dirba gerokai virš 1 kHz ir, tikėkimės, žemiau įtaiso nukirtimo dažnio.

13

Žemų dažnių efektai yra svarbūs projektuojant žemo lygio ir žemo dažnio stiprintuvus,kurie sutinkami tam tikrose biomedicininiuose instrumentuose. Pilno triukšmopriklausomybė nuo dažnio (1.1 pav.) puslaidininkiniame įtaise

1.1 pav. Triukšmo priklausomybė nuo dažnio

Signalo ir triukšmo santykis (S/N) yra sąlyginis signalo ir triukšmo galių matas:

N

S

PP

NS

10log10= (1.5)

čia SP – signalo galia,

NP – triukšmo galia.

Triukšmo faktoriusS/N gerai apibūdina triukšmą tam tikrame taške, tačiau jis neparodo, kiek triukšmo įnešėtam tikras tranzistorius, signalui sklindant nuo imtuvo įėjimo iki išėjimo. Terminastriukšmo faktorius (noise figure, NF) taikomas norint nustatyti įtaiso triukšmingumą. Jisskaičiuojamas taip:

NRNSNSNF

OUTOUT

ININ1010 log10log10 == (1.6)

čia INS – signalo galia įėjime,

INN – triukšmo galia įėjime,

OUTS – signalo galia išėjime,

OUTN – triukšmo galia išėjime,NR – triukšmo santykis.

Pakopinio stiprintuvo triukšmasFriiss formulė taikoma nustatant viso triukšmo įtaką daugiapakopėje sistemoje:

111

1121

-´×××´-

+×××+-

+=NGG

N

G PPNR

PNRNRNR , (1.7)

14

čiaNGP – galios stiprinimas,

N – pakopos numeris.

Ekvivalentinė triukšmo temperatūraKitas būdas išreikšti triukšmą yra ekvivalentinė triukšmo temperatūra. Tai patogus būdasišreikšti triukšmui mikrobangų diapazone (1 GHz ir daugiau) ir su juo susijusių kosminioryšio antenų triukšmų įvertinimui. Tai leidžia lengvai suskaičiuoti triukšmo galią imtuvenaudojant formulę:

( )10 -= NRTTeq , (1.8)

čia T0=290K etaloninė temperatūra Kelvino laipsniais.Triukšmo temperatūrą Teq nurodo mikrobangų antenų ir ryšio priemonių gamintojai.Mažiems triukšmo lygiams, triukšmo temperatūra parodo didesnius triukšmo pokyčius neiNF, o tai leidžia geriau įvertinti įrangą. Pavyzdžiui, kai NF=1 dB tai atitinka triukšmotemperatūrą Teq = 75 K, kai tuo tarpu 1.6 dB – atitinka 129 K.

1.2 Radijo bangos ir diapazonai

Kintama elektros srovė, tekėdama laidininku, aplink jį sukuria elektrinį ir magnetinįlaukus, kuris dažniausiai vadinamas elektromagnetiniu lauku. Šis elektromagnetinis laukas erdvėje(vakuume ir ore) sklinda šviesos greičiu, tai yra apie 3*108 m/s (299 792 458 m/s) greičiu.

Sklindantis elektromagnetinis laukas vadinamas elektromagnetine arba radijo banga.Elektromagnetinė banga – tai kintamojo elektrinio ir magnetinio laukų sklidimas aplinka.Eksperimentiškai elektromagnetines bangas, praėjus daugiau kaip 20 metų po teorinio jų buvimonumatymo 1887 m., pirmą kartą aptiko vokiečių fizikas Henrikas Hercas (Heinrich Rudolf Hertz).Nelaidžiose elektrai aplinkose, kuriose nėra laisvųjų elektros krūvių, srovė tekėti negali, tačiaumagnetinį lauką gali kurti slinkties srovė. Elektromagnetinei bangai būdinga tai, kad kartąprasidėjęs elektrinio ir magnetinio laukų tarpusavio kitimo procesas tęsiasi, apimdamas vis naujaserdvės sritis, t. y. erdve sklinda elektromagnetinė banga.

Elektromagnetinių bangų sklidimo greitis priklauso nuo sklidimo aplinkos dielektrinės irmagnetinės skvarbos:

00

1mmee

u = , (1.9)

čia absoliutinė dielektrinė 2120 1085.8 mF-×=e ir magnetinė mH7

0 104 -×= pm skvarba.

smc 9

71200

1032998633801041085.8

11×»=

×××===

-- pmeu . (1.10)

Neferomagnetinėse aplinkose 1»m , 1>e (feromagnetikai dažniausiai būna laidūselektros srovei ir jais neslopstančios elektromagnetinės bangos nesklinda), tada

eu c= . (1.11)

Kaip ir bet kokios bangos, elektromagnetinės bangos sklidimo greitis v susijęs subangos ilgiu l , periodu T , dažniu u bei kampiniu dažniu w pagal sekančią formulę:

15

plwlul2

===T

v . (1.12)

Jei sklisdama elektromagnetinė banga pereina iš vienos aplinkos į kitą, jos greitis pakintasutinkamai su ε kitimu. Pakinta ir bangos ilgis, o jos dažnis lieka nepakitęs. Elektromagnetinėsbangos elektrinio lauko stiprio vektorius E yra statmenas magnetinio srauto tankio vektoriui B irtuo pačiu abu vektoriai yra statmeni bangos sklidimo krypties vektoriui k (1.2 pav.)

E ┴ B ┴ k (1.13)

Sklisdama elektromagnetinė banga su savimi neša energiją. Ji sutelkta bangos elektriniameir magnetiniame laukuose. Kadangi bangoje elektrinis laukas virsta magnetiniu ir atvirkščiai, šiųlaukų energijos turi būti vienodos.

1.2 pav. Elektromagnetinės bangos vektoriai

Bangų energijos išsklaidymas. Antenos išspinduliuotos radijo bangos sklinda į visas pusesarba tam tikra kryptimi. Tolstant nuo antenos, radijo bangų energija pasiskirsto vis didesniame irdidesniame tūryje, taigi energijos kiekis kiekviename erdvės taške vis mažėja. Šį reiškinį vadinameenergijos išsisklaidymu.

Radijo bangų absorbcija. Dirva tuo mažiau absorbuoja bangų energijos, kuo didesnisbangos ilgis ir mažesnis paviršiaus laidumas.

Atspindėjimas ir lūžimas. Vienalytėje aplinkoje radijo bangos sklinda tiesiai. Bangaipereinant iš vienos aplinkos į kitą, stebimas atspindys ir lūžis. Atspindžio kampas yra lygus kritimokampui. Kuo labiau skiriasi dielektrikų savybės ir kuo ilgesnės bangos, tuo stipresnis yra lūžis.

Bangų difrakcija. Radijo bangos, sutikusios savo kelyje joms neskaidrų kūną, jį aplenkia.Šį reiškinį vadiname difrakcija, kuo bangos ilgesnės, tuo geriau jos užlinksta ir aplenkia kliūtis. Kaikliūčių matmenys yra žymiai didesni už bangos ilgį, difrakcijos praktiškai nėra.

Bangų interferencija. Reiškinys, kai kuriame nors erdvės taške susideda dvi ar keliosbangos, vadinamas interferencija. Jeigu to paties šaltinio spinduliuojamos bangos, nuėjusiosskirtingą kelią pasiekia tą patį tašką, būdamos vienodų fazių, tai atstojamojo elektromagnetiniolauko amplitudė padidėja, ir priešingai, jeigu jų fazės skiriasi 180 laipsnių, tai atstojamojo laukoamplitudė sumažėja ir gali būti lygi 0.

Radijo bangos, kurios sklinda išilgai žemės paviršiaus ir dėl difrakcijos iš dalies apgaubiažemės rutulio iškilimą, vadinamos paviršinėmis, arba pažeminėmis bangomis. Radijo bangos,kurios apgaubia žemės rutulį dėl vienkartinio ar daugkartinio atspindžio nuo jonosferos ir žemėspaviršiaus, vadinamos erdvinėmis bangomis.

Radijo bangų diapazonai. Antenos spinduliuojamos radijo bangos sklinda į aplinką. Radijobangos gali sklisti arba pagal žemės paviršių, arba tam tikru kampu aukštyn, žiūrint kokios yraantenos kryptinės savybės.Radijo bangų sklidimo išilgai žemės paviršiaus sąlygos priklauso nuovietovės reljefo, žemės paviršiaus elektrinių savybių ir nuo bangos ilgio. Jeigu žemės paviršius būtųidealiai lygus, tai radijo bangos atsispindėtų nuo jo be nuostolių, kaip kad atsispindi šviesa nuoidealaus veidrodžio. Tuomet žemė būtų ekranas, neleidžiantis bangoms, įsiskverbti į dirvą. Tačiaurealiomis sąlygomis žemė nėra idealus laidininkas, nei idealus izoliatorius. Todėl radijo bangos,

16

sklindančios išilgai žemės paviršiaus yra iš dalies sugeriamos – absorbuojamos ir silpsta. Radijobangų energijos absorbcija taip pat priklauso nuo sklindančių bangų ilgio: kuo ilgesnė banga, tuomažiau bangos energijos absorbuojama. Pagal sklidimo savybes ir panaudojimą ryšiams radijobangos yra skirstomos į diapazonus (1.1 lentelė). Nereikėtų galvoti, kad toks suskirstymas yragriežtas ir ypač ties diapazonų ribomis, kur banga turi abiejų diapazonų savybes tik ne tokiasryškias.

1.1 lentelė. Radijo bangų diapazonaiDažnio diapazonų

santrumposBangų diapazonai Dažnio diapazonaiLT EN RU

Radiofoniniaibangų

diapazonaiMiriametrinės100 – 10 km

Labai žemi3 – 30 kHz LŽD VLF ОНЧ Superilgosios

3000 m.Kilometrinės

10 – 1 kmŽemieji

30 – 300 kHz ŽD LF НЧ Ilgosios3000 – 700 m.

Hektometrinės1000 – 100 m

Vidutiniai300 – 3000 kHz VD MF СЧ Vidutinės

600 – 180 m.Dekametrinės

100 – 10 mAukštieji

3 – 30 Mhz AD HF ВЧ Trumposios75 – 10 m.

Metrinės10 – 1 m

Labai aukšti30 – 300 Mhz LAD VHF ОВЧ Ultratrumposios

10 – 1 m.

Mikrobangos (MB)Decimetrinės

10 – 1 dmUltraaukštieji

300 – 3000 MHz UAD UHF УВЧ

Centimetrinės10 – 1 cm

Superaukštieji3 – 30 GHz SAD SHF СВЧ

Milimetrinės10 – 1 mm

Ypatingai aukšti30 – 300 GHz YAD EHF КВЧ

Superilgosios ir ilgosios bangos gerai apgaubia žemės kreivumą ir kliūtis žemės paviršiuje.Žemės paviršius šių bangų energijos mažiau sugeria, negu trumpesniųjų bangų. Bet superilgųjų irilgųjų bangų pranašumas yra jų sklidimo pastovumas nepriklausomai nuo oro sąlygų ar paros laiko.Lauko stiprumas priėmimo punkte, praktiškai visada lieka pastovus. Todėl šios bangos yranaudojamas tolimosios radionavigacijos sistemose, laiko ir meteorologinių pranešimų signalamsperduoti. Tokioms bangoms perduoti dideliais atstumais, reikia didelės galios siųstuvo.

Vidutinės bangos (100 – 1000 m.), panašiai kaip ir ilgosios, sklinda paviršine ir erdvinebangomis. Šio diapazono bangoms būdinga tai, kad dieną jos sklinda tik nedideliu atstumu, o naktįšis atstumas padidėja. Dieną erdvinių bangų praktiškai nebūna todėl dieną ryšys vidutinėmisbangomis palaikomas tik paviršine banga. Praktiškai paviršinių bangų sklidimo nuotolis siekia 1000– 1500 km. O vakare ir naktį jonosfera mažiau sugeria bangas. Priėmimo punkte susikuria laukas,lygus paviršinės ir erdvinės bangų sumai. Kai šių bangų fazės būna priešingos, atstojamasis laukasbūna minimalus. Šis reiškinys vadinamas fedingu.

Fedingo reiškinys daugiau pastebimas, naudojant trumpesniąsias vidutinio diapazonobangas. Signalo susilpnėjimas dėl fedingo kartojasi beveik reguliariai kas keletą minučių. Kovai sufedingu imtuvuose naudojamas automatinis stiprinimo reguliavimas todėl, imtuvo išėjimo įtampakeičiasi mažiau, negu lauko stiprumas imtuvo įėjime. Taip pat gali būti naudojamos specialiosantifedinginės antenos.

Trumpųjų bangų energiją, smarkiai sugeria žemės paviršius, ypač nelygiose vietose.Difrakcijos reiškinys trumposiose bangose nėra ryškus, nes šios bangos paprastai yra sugeriamosankščiau, negu kad gali būti pastebima difrakcija dėl žemės kreivumo.

Paviršinės bangos lauko stiprumas priėmimo punkte priklauso nuo siuntimo antenoskryptingumo. Ryšiui trumpesnėmis šio diapazono bangomis taip pat turi įtakos siuntimo ir

17

priėmimo antenų aukštis virš žemės paviršiaus. Paprastai paviršinė banga nenueina toliau kaip 100km. Dideliuose nuotoliuose priimamos erdvinės trumposios bangos.· Dieną trumpiausios šio diapazono bangos (nuo 10 iki 25 m.) gerai atsispindi ir yra mažai

absorbuojamos. Šios bangos vadinamos dieninėmis. Ilgesnės bangos dieną yra smarkiaiabsorbuojamos ir į žemę negrįžta.

· Naktį sumažėja jonizacija, todėl bangos yra mažiau absorbuojamos ir atspindimos, tokiu metususidaro palankios sąlygos sklisti ilgesnėms bangoms (35 – 100 m.). Šios bangos yranaudojamos ryšiui nakties metu ir yra vadinamos naktinėmis.

· Prietemos metu gerai sklinda bangos nuo 25 iki 35 m.Trumposiomis bangomis galima palaikyti radijo ryšį dideliais atstumais, naudojant

palyginti nedidelio galingumo siųstuvą. Taip yra todėl, kad sklindančios erdvinės bangos energijalabai mažai sugeriama. Be to, galima naudoti siaurakryptes antenas, o erdvinių bangų sklidimasnepriklauso nuo vietovės reljefo tarp galinių punktų. Tačiau ryšys trumposiomis bangomis turi eilętrūkumų:

· susidaro tylos zonos,· fedingas,· radijo aidas,· ryšį sutrikdo jonosferos kritimai.

Trumpesnės kaip 10 m. bangos priskiriamos UTB diapazonui. Šios bangos paprastaineatsispindi nuo jonosferos ir gali sklisti tik kaip paviršinės. Tačiau paviršines bangas smarkiaiabsorbuoja įvairios kliūtys, jų difrakcija beveik nepastebima, todėl siųstuvo ir imtuvo antenosprivalo būti tiesioginio matomumo ribose. Norint palaikyti ryšį dešimčių kilometrų atstumu, antenasreikia iškelti pakankamai aukštai. Ryšio nuotolį S galima paskaičiuoti pagal formulę, kurioje Hsiųstuvo ir h ir imtuvo antenų aukščiai.

÷øöç

èæ += hHS 57.3 . (1.14)

Tačiau pavyksta nustatyti ryšį ir už tiesioginio matomumo ribų. Štai bangos, artimos 10 m.,gali sklisti ir kaip paviršinės, ir kaip erdvinės. Tačiau jų sklidimui būdinga plati tylos zona, kuriosspindulys siekia 1500-3000 km.

Vasaros mėnesiai pasitaiko atvejų, kai nuo jonosferos atsispindi netgi daug trumpesnės iki3 m. bangos, nes susikaupia padidėjusios jonizacijos debesys. Be to, pastebimas išsklaidytas UTBatspindys nuo troposferos arba jonosferos netolygumų. Troposferos elektrinės savybės (dielektrinėskvarba ε ir lūžio rodiklis n) įvairiose erdvės taškuose nuolat keičiasi dėl netvarkingo oro judėjimo,kurį sukelia nevienodas įvairių dirvos sričių įkaitimas. Radijo bangos patekusios į netolygiosstruktūros sritį, išsisklaido į visas puses ir tik dalis išsklaidytų bangų patenka į imtuvo anteną.Norint palaikyti reguliarų ryšį, būtina naudoti galingus siųstuvus ir pakankamai jautrius imtuvus beispecialias antenų sistemas. Naudojant troposferoje sklindančią bangą, galima palaikyti ryšįdecimetrinėmis ir centimetrinėmis bangomis. Dėl to galima sudaryti daugelio kanalų radiorelineslinijas, kurių tarpinės stotys, retransliatoriai, įrengiamos 300 – 500 km atstumais. Kai bangossklinda tiesioginio matomumo ribose, retransliatoriai reikalingi kas 50 – 70 km. Panaudojantjonosferos išsklaidymą galima sudaryti ryšį metrinėmis bangomis (5 -10 m.) 800 – 2000 km ilgiotrasose. Tačiau jonosferinio ryšio sistemose susidaro signalo iškraipymai, apribojantys perduodamųsignalų spektro plotį iki kelių kilohercų tai yra vieno telefono kanalo.

Centimetrinių ir decimetrinių bangų energiją stratosferoje absorbuoja oro deguonis ir,svarbiausia, vandens lašai, be to, vandens lašai energiją išsklaido. Energijos absorbcija atmosferojepriklauso nuo bangos ilgio. Nustatyta, kad absorbcija yra rezonansinio pobūdžio, t.y. daugiausiaisugeriamos tos bangos, kurių dažniai sutampa su deguonies ir vandens garų molekulių savųjųvirpesių dažniais. Dėl to, kad vandens lašeliai išsklaido energiją, milimetrinės ir centimetrinėsbangos gali sklisti toliau, negu tiesioginio matomumo atstumu.

18

1.3 Moduliacija

Elektromagnetinė banga perneša energiją, bet tam, kad ji perneštų informaciją reikiainformaciją įterpti į elektromagnetinę bangą. Tam tikslui naudojama moduliacija Analoginėmoduliacija – tai signalo parametrų: amplitudės, fazės, dažnio arba kelių jų keitimas koduojantsiunčiamą informaciją. Moduliuotas signalas vadinamas nešančiuoju (carrier signal), nes perduoda(perneša) duomenis tam tikra terpe. Įrenginys, kuris siuntimo metu moduliuoja signalą, vadinamasmoduliatoriumi (modulator), o signalo gavėjo įrenginys, kuris atkoduoja signalą –demoduliatoriumi (demodulator). Harmoninis signalas turi tris pagrindinius parametrus: amplitudę,dažnį ir fazę, tad yra ir trys pagrindiniai moduliacijos būdai:

· amplitudinė moduliacija,· dažninė moduliacija,· fazinė moduliacija.

1.3.1 Amplitudinė moduliacijaTai moduliacija, kai nešančiojo signalo amplitudė kinta priklausomai nuo

moduliuojančiojo signalo amplitudės. Tai galima užrašyti lygtimi:

( ) ( )[ ] ( )000 cos1 jw +××+= tatsmtuA (1.15)čia:m – moduliacijos koeficientas (0,3 – 0,7) arba (30% – 70%), ir vadinamas moduliacijos gyliu,α0 – nešančiojo amplitudė,

cfpw 20 = – nešančiojo kampinis dažnis,φ0 – pradinė nešančiojo fazė,

mm fpw 2= – signalo kampinis dažnis.( ) ( )tts mwcos= – moduliuojančio signalo funkcija, kai moduliuojama harmoniniu signalu.

Matome, kad, kai s(t) = 0 arba m = 0, moduliacijos nėra ir siunčiama viena nešantysis beinformacinio signalo. Pilnoji amplitudinės moduliacijos (AM) išraiška:

( ) ( ) ( )[ ] ( )[ ]{ }0000000 sinsin2

sin jwwjwwjw -×-++×+++×= ttmtatu mmA . (1.16)

Taip pat galima pastebėti, kad signalas nebus siunčiamas, jeigu nešančiojo amplitudė a0 = 0.Vadinasi, keisdami a0 lygį šuoliu, taip pat galime gauti moduliuotą signalą. Tokia moduliacijavadinama impulsine moduliacija (amplitude shift keying).

Taigi impulsinės amplitudinės moduliacijos metu signalas keičia savo amplitudę, t. y.loginiam nuliui imama viena amplitudės reikšmė, o vienetui kita. Dėl didelės iškraipymų tikimybėsšis kodavimo būdas naudojamas kartu su kitais. Jei taip moduliuotas signalas (1.3 pav.) būtųskaidomas į harmonikas, tai reikšmingos būtų tik dvi šonines dedamosios:

( )mc ff + ir ( )mc ff - (1.17)

čia fc – nešantysis dažnis, o fm – sinusinis informacinio parametro kitimas, sutampantis superdavimo greičiu. fm nusako ir linijos pralaidumą. Linijos praleidžiamų dažnių juosta yra lygi 2fm,o informacijos perdavimo greitis gaunamas maksimalų šioje terpėje leistiną greitį padalijus išdviejų.

Amplitudinės moduliacijos metu gaunamos dvi dažnių juostos kuriose pakartotasinformacinio signalo dažnis (1.17). Perduoti ir priimti galima tik vieną iš jų, neprarandantnaudingos informacijos. Viena juosta pašalinama dažnio filtrų pagalba. Daugiakanalėse ryšiosistemose taip yra sutaupoma vieta kitiems dažninio sutankinimo (multipleksavimo) ryšio

19

kanalams. Iš kitos pusės tai leidžia keičiant nešantį dažnį, tam pačiam signalui parinkti skirtingasvietas dažnių juostoje. Radijo transliacijoje AM diapazone perduodamos abi juostos. Vieną juostą(Single-sideband modulation, SSB) naudoja kariškiai ir radijo mėgėjai trumpabangininkai.

1.3 pav. AM signalo spektras

1.3.2 Dažninė moduliacija

Pagrindinis amplitudinės moduliacijos trūkumas dideli atmosferiniai trikdžiai radijoimtuvuose. Šių trūkumų neturi dažninė moduliacija. Informacija yra koduojama, keičiant nešančiosignalo dažnį, o amplitudę imtuve galima riboti ir pašalinant triukšmus.

( )jw += taU c 00 sin ,( )taU mm W= sin ,

( ) ( )úûù

êëé +W×

WD

-+×=×= mmmcout taUUU jw

jw cossin 00 . (1.18)

cU – nešančiojo signalo amplitudė, 0w – kampinis dažnis, 0j – pradinė fazė,

mU – moduliuojančio signalo amplitudė, W – kampinis dažnis, mj – pradinė fazė,

outU – išėjimo signalo amplitudė,Dažninės moduliacijos atveju nešančio dažnio pokytis yra proporcingas moduliuojančio

signalo amplitudei. Laikydami, kad maksimali deviacija const=D maxw , gauname, kad moduliacijoskoeficientas b atvirkščiai proporcingas moduliuojančiam dažniui, t.y.

WD

=wb (1.19)

Kuo didesnis b , tuo platesnis dažnio spektras gaunamas. Paprastai naudojamas3010¸=b . Dėl plataus signalų spektro dažniu moduliuotas kanalas užima nuo keliasdešimt iki

kelių šimtų kHz, todėl dažninė moduliacija negali būti naudojama žemuose dažniuose. Jeiamplitudinė moduliacija naudojama ilgose, vidutinėse ir trumpose bangose, tai dažninė tik ultratrumpose ir FM.

20

1.4 pav. DM signalas β=1

1.5 pav. DM signalas β=5

1.6 pav. DM signalas β=25

Didėjant moduliacijos koeficientui didėja nešančiojo dažnio deviacija – svyravimai nuopagrindinio dažnio (1.4, 1.5, 1.6 pav.).

Jei signalo dažnį keisti šuoliu, gaunama impulsinė dažninė moduliacija (Frequency ShiftKeying, FSK). FSK yra naudojama skaitmeninių duomenų perdavimui. Gali būti naudojamidaugiau kaip du skirtingi dažniai.

1.3.3 Fazinė moduliacija

Fazinėje moduliacijoje keičiama signalo fazė. Ji panaši į dažninę ir aprašoma lygtimi:

( ) ( )[ ]ttatUF W+= cos00 bw , (1.20)

čia b – maksimalus fazės pokytis, išreikštas radianais arba moduliacijos koeficientas.

Kintant signalo fazei, kinta ir nešančiojo signalo dažnis, nes dažnis yra fazės kitimo greitislaiko atžvilgiu. Vadinasi, diferencijuojant fazės išraišką pagal laiką, gautume dažnio deviacijosišraišką.

( )tdtd

W==D cosbjw . (1.21)

21

Fazinės moduliacijos atmaina – impulsinė fazinė moduliacija (Phase Shift Keying, PSK),taip pat naudojama skaitmeninių duomenų perdavimui, o taip pat gali būti naudojama drauge suamplitudine moduliacija.

1.4 Analoginės ryšio sistemos

Analoginė ryšio sistema – tai sistema, kurioje informacija yra siunčiama ir priimamaanaloginėje formoje (tolydžiai kintantis signalas, pvz. balsas). Analoginės ryšio sistemos įėjimosignalas gali būti ir skaitmeninis, tašiau jis turi būti specialiai paruoštas perdavimui kaip analoginis.

1.7 pav. Struktūrinė analoginio ryšio schema

Analoginio ryšio sistemose visi mazgai dažniausiai yra analoginiai nes reikia perduoti irpriimti analoginę informaciją. Struktūrinė analoginio ryšio sistema (1.7 pav.) sudaro siųstuvas irimtuvas. Pirmiausia pradinė informacija pakeičiama elektriniu signalu, pavyzdžiui balas mikrofonupakeičiamas elektriniu signalu. Po to, kad informaciją perduoti, ją reikia įterpti į nešantįjį signalą.Tad įėjimo signalas (information signal) sustiprinamas įėjimo stiprintuvu (input amplifier).Generatoriaus (carrier generator) sugeneruotas, tam tikro stabilaus dažnio, nešantysis signalas irsustiprintas informacinis signalai patenka į moduliatorių (modulator up-converter), kurio išėjimegaunamas moduliuotas signalas sustiprinamas galios stiprintuvu (power amplifier) irištransliuojamas. Taip veikia siųstuvas. Imtuve, priimtas signalas yra sustiprinamas įėjimostiprintuvu (input amplifier), nes dažniausiai būna labai mažos amplitudės, ir drauge su vietiniogeneratoriaus (local generator) signalu patenka į demoduliatorių (demodulator down-converter),kurio išėjimo signalas detektuojamas detektoriuje (detector) ir atstatomas informacinis signalas,kuris sustiprinamas išėjimo stiprintuvu (output amplifier). Išėjimo stiprintuvu atstatomasinformacinis signalas iki tokio lygio kurio reikia signalo panaudojimui.

Iš esmės 1.7 pav. struktūrinė schema tinka optinėms bei garsinėms ir ultragarsinėms ryšiosistemoms. Optinėse ryšio sistemose nešantysis signalas yra šviesos srautas (šviesos diodas arbalazeris).

Nešančiojo signalo moduliavimui gali būti naudojami įvairūs moduliatoriai ir kodavimometodai. Kiekvienas metodas turi keletą skirtingų techninių sprendimų ir elektroninių schemų,kurių panaudojimas priklauso nuo to kokia reikalinga perduodamo signalo kokybė, maksimalusdažnis, jautrumas išorės ir vidaus triukšmams, technologija, reikalavimai tiek informacinio signalotiek nešančiojo signalo spektrui ir dar daug įvairių reikalavimų.

Nors analoginės ryšio sistemos ir technologijos naudojamos šimtą metų ir yra geraiįsisavintos ir išvystytos, jos eina į nebūtį. Ateina skaitmeninės ryšio sistemos, kurios yrapatikimesnės, pigesnės, ekologiškesnės ir t.t. Vis daugiau analoginių ryšio sistemų nustojafunkcionuoti, o jų funkcijas perima skaitmeninės.

22

2002 metais FCC (Federal Communications Commission) nutarė, kad 2008 m. vasario 18d. bus išjungtos analoginės korinio ryšio sistemos. Komisija pažymėjo, kad tolesnė analoginiųsistemų eksploatacija kelia žalą kaip dėl kainos, taip ir dėl to kad užima dažnių diapazoną, kurįskaitmeninės sistemos išnaudotų žymiai efektyviau.

Lietuvoje 2012 metais nutraukiamas analoginės antžeminės televizijos transliavimas irpereinama prie skaitmeninės televizijos transliavimo.

1.5 Skaitmeninės ryšio sistemos

Skaitmeninė ryšio sistema – tai sistema, kurioje informacija yra siunčiama ir priimamaskaitmenine forma (skaitmeniniai signalai, įgyjantys dažniausiai du fiksuotos amplitudės lygius).Skaitmeninio ryšio sistemos įėjimo signalas gali būti tik skaitmeninis, tašiau jis gali pernešti irskaitmenizuotą analoginį signalą.

Įgyta patirtis ir schemotechniniai sprendimai, kurie buvo pasiekti vystant analoginessistemas, nenuėjo veltui. Struktūrinė schema (1.7 pav.) tinka ir skaitmeninio ryšio sistemoms.Skaitmeninėse ryšio sistemose taip pat naudojama nešančiojo signalo moduliacija, tačiau patysmoduliatoriai yra sukonstruoti specialiai skaitmeninių signalų moduliavimui. Jei analoginėse ryšiosistemose reikėdavo rūpintis moduliatoriaus – demoduliatoriaus sistemos tiesiškumu, taiskaitmeninėse sistemose šios problemos nebeliko, nes moduliuojamas signalas įgyja tik fiksuotasreikšmes, kurias reikia atpažinti imtuve. Todėl supaprastėja ne tik siųstuvai bet ir imtuvai. Pradėjusnaudoti skaitmeninį signalų apdorojimą ir skaitmeninių signalų procesorius, skaitmeninio ryšiosistemos tapo dar paprastesnės ir pigesnės. Šiuo metu yra tokios skaitmeninio bevielio ryšiopriemonės:

· Korinio ryšio telefonai (cellular telephones) ir pranešimų gavikliai (pagers): suteikiadvipusio arba vienpusio ryšio mobiliosios priemonės.

· Padėties nustatymo priemonės (Global Positioning System, GPS): leidžia nustatytibuvimo vietą bet kur žemėje ir gali būti naudojama geodezijoje, autotransporte,laivininkystėje, aviacijoje ir t.t.

· Bevielė kompiuterių periferija: bevielė pelė, klaviatūra, spausdintuvas, telefonas ir t.t.gali būti prijungti prie kompiuterio.

· Bevieliai telefonai: riboto nuotolio telefono rageliai, kurių bazinė stotis jungiama prielaidinio ryšio telefonų tinklo.

· Palydovinė televizija: leidžia daugelyje pasaulio vietų žiūrėti šimtus televizijosprogramų.

· Bevieliai kompiuterių tinklai: leidžia prisijungti prie vietinių įmonių tinklų arba viešointerneto tinklo.

Bevieliams skaitmeniniams tinklams dažniausiai naudojamas 2.4 GHz diapazonas. Šisdiapazonas yra skirtas bevieliam ryšius ir jam nereikalinga licenzija. Bevielio ryšio priemonės yrasertifikuojamos ir atitinka nustatytus reikalavimus elektromagnetinių bangų spinduliavimui.

Pagal IEEE standartą, bevieliai tinklai priskiriami 11 klasei, t.y. IEEE 802.11 standartui.Šiuo metu egzistuoja tokie bevielio ryšio standartai:

· IEEE 802. - pirminis 1 Mbit/s ir 2 Mbit/s, 2.4 GHz RF ir IR standartas· IEEE 802.11a - 54 Mbit/s, 5 GHz standartas,· IEEE 802.11b - 802.11 praplėtimas, kuris palaiko 5.5 ir11 Mbit/s (1999)· IEEE 802.11d - tarptautinis (šalis-į-šalį) standartas,· IEEE 802.11e - QoS paplėtimas,· IEEE 802.11F - IAPP protokolas (Inter-Access Point Protocol),· IEEE 802.11g - 54 Mbit/s, 2.4 GHz standartas (2003),· IEEE 802.11h - 5 GHz DCS/DFS ir TPC standartas Europos šalims (Dynamic

Channel/Frequency Selection ir transmit Power Control),· IEEE 802.11i - saugumo praplėtimas (2004 06 24),

23

· IEEE 802.11j - standartas Japonijai,· IEEE 802.11k - radio resursų paskirstymas (Radio resource measurements),· IEEE 802.11n - Higher throughput improvements· IEEE 802.11p - WAVE (Wireless Access for the Vehicular Environment) standartas

(dažniausia naudojamas mašinose),· IEEE 802.11r - Fast roaming,· IEEE 802.11s - Wireless mesh networking,· IEEE 802.11T - Wireless Performance Prediction (WPP),· IEEE 802.11u - Interworking with non-802 networks,· IEEE 802.11v - bevielio (Wireless) tinklo administravimas.

Populiariausi ir labiausiai paplitę bevielio tinklo standartai – 802.11a, 802.11b ir 802.11g.Labiausiai paplitusi specifikacija 802.11b gali duomenis perduoti iki 11 Mbps greičiu. Greitesnė yra802.11a specifikacija duomenis perduoda iki 54 Mbps greičiu. Tačiau 802.11a bei 802.11b įrangatarpusavyje tiesiogiai viena su kita veikti negali. Gamintojai dažniausiai gamina ryšio mazgus,jungiančius 802.11a, 802.11b ir 802.11g specifikacijas, o nešiojami kompiuteriai gaminami sutinklo įranga atitinkančia visas tris specifikacijas.

WiFi - bevielio greitaeigio kompiuterinio tinklo technologija, leidžianti sukurti efektyviąinfrastruktūrą mobilaus interneto ryšio teikimui. Teritorija, kur yra įdiegta WiFi infrastruktūravadinama "ryšio zona“. Ryšio zonoje galima naudotis greitaeigiu bevieliu interneto ryšiu –nenaudojant jokių laidų, telefono linijų ar modemo automobilyje, kavinėje ar šiaip sėdint parke antsuoliuko. Ryšio zonos paremtos bevieliu kompiuteriniu IEEE-802.11b (WiFi) standarto tinklu. Šisryšys dažnai vadinamas "Wireless LAN - WLAN". Wi-Fi tinklas gali būti naudojamas kompiuteriųsujungimui vienas su kitu, prisijungimui prie interneto ar įmonių vielinių kompiuterinių tinklų(kurie paremti IEEE 802.3 standartu). WiFi bevielis ryšys veikia 2.4 ir 5 GHz dažnio diapazone, ogreitis siekia 11Mbps (802.11b standartui) arba 54 Mbps (802.11a standartui).

1.6 GSM dabartis ir ateitis

Trečioji mobiliojo ryšio technologijų generacija (3G) apjungia visas ankstesniąsiastechnologijas. GSM išsiplėtė į bendro partinio ryšio paslaugą GPRS (General Packet RadioService), kuri savo ruoštu išsiplėtė (evoliucionavo) į EDGE (Enhanced Data Rates for GlobalEvolution). CDMA (Code Division Multiple Access) evoliucionavo į CDMA 2000. TDMA (TimeDivision Multiple Access) evoliucionavo į TDMA/GPRS, kuris evoliucionavo į TDMA/EDGE.

GPRS, PDC (Personal Digital Cellular yra 2G mobilus telefonas, kurio standartas buvosukurtas ir naudojamas išimtinai tik Japonijoje), CDMA 2000 ir TDMA/GPRS buvo apjungti į 3GInternet accesible technologiją.

Eilė ITU (International Telecommunication Union) rekomendacijų, kurios yra bendrosusitarimo pagrindas (3G) mobilaus ryšio technologijose, leido sukurti universalią platformą trečioskartos (3G) balso ir mobilaus interneto paslaugoms teikti.

IMT–2000 duomenų apsikeitimo greitis vartotojų kategorijoms:· 144 Kbps judantiems važiavimo greičiu· 384 Kbps ne stacionariems arba judantiems ėjimo greičiu· Mbps stacionariems

24

1.8 pav. Evoliucija į IMT–2000/3G palaikančias sistemas

Kas yra 4G?Tai turėtų būti ištiktųjų plačiajuostė mobilioji paslauga. Viltys, kad 3G taps tikra plačiajuoste

mobiliojo ryšio paslauga galutinai išnyko.Akivaizdu, kad 3G sistemos, kurios turėtų veikti standartiniu 2 Mbps greičiu, realiai pasiekia

tik 384 Kbps greitį. Kad pasiektų tikrai plačiajuostės mobiliojo ryšio paslaugos tikslus, sistemai teksužkopti iki 4G kartos. Bet tam trukdo tai, kad labai sunku suderinti visas esančias sistemas viename3G standarte. Be vieningo standarto, ant kurio bazės bus kuriamos sistemos, projektuotojaisusiduria su neišsprendžiamomis problemomis.

1.9 pav. Evoliucija į 4G sistemą

25

1.2 lentelė Skirtumai tarp 3G ir 4GPagrindiniaireikalavimai 3G (įskaitant 2.5G, Sub3G) 4G

Pagrinde balso perdavimas; duomenųperdavimas visada kaip papildymas

Perdengia duomenų ir balsoperdavimą IP;

Tinkloarchitektūra

Plačią geografiją apimantis korinisryšys

Hibridinis: apjungiantis bevielįLAN (WiFi, Bluetooth) ir plačiągeografiją

Greitis 384 Kbps iki 2 Mbps 20 iki 100 Mbps mobiliame režimeDažnių

diapazonasPriklausomai nuo šalies ar žemyno(1800–2400 MHz)

Aukštų dažnių diapazonass (28 GHz)

Juostos plotis 5-20 MHz 100 MHz (ar daugiau)Komutacijos

būdasGrandinių ir paketų komutacija Vien skaitmeninė su paketiniu balso

perdavimuRyšio

technologijaW-CDMA, 1xRTT, Edge OFDM ir MC-CDMA (Multi Carrier

CDMA)Klaidų

atstatymasSąsūkos laipsnis 1/2, 1/3 Susieto kodavimo schema

Komponentai Optimizuotos antenos, dugiabangiaiimtuvai ir siųstuvai

Gudresnės antenos, programinisdaugiabangis ir plačiajuostis ryšys

IP Eilė bevielių protokolų, įskaitant IP 5.0 Visi IP (IPv6)

26

2 Korinis ryšys

Korinio ryšio sistemos naudoja daug mažos galios bevielių siųstuvų gardelėms sukurti,kurios yra baziniai ryšio sistemos elementai. Geografinė sistemos aprėptis priklauso nuo gardeliųskaičiaus, jų išdėstymo ir siųstuvų galios. Keičiant gardelės siųstuvo galią galima keisti jų tankįplote tuo pačių ir vartotojų, kurie gali vienu metu naudotis ryšiu skaičių. Miestuose gardeliųskaičius yra didesnis, o užmiestyje – mažesnis. Vartotojui keliaujant nuo vienos gardelės prie kitosryšys turi nenutrūkti būti vientisas. Kanalai (dažniai) naudojami vienoje gardelėje turi būtinaudojami ir kitose. Turi būti galimybė didinti gardelių skaičių, kad didinti tinklo aprėptį ar tam kadpadidinti paslaugos vartotojų tankį.

2.1 Mobilaus Ryšio Principai

Kiekvienas mobilus vartotojas yra atskiras. Radijo ryšio kanalai yra laikini – skiriami tikryšio seansui. Vienu metu gali kalbėti daug vartotojų. Ryšio kanalas sudarytas iš dažnių poros –vienas dažnis, siuntimo, kitas dažnis, priėmimo. Radijo bangos silpsta tolstant nuo siųstuvo, todėlmobilus vartotojas turi būti netoli nuo bazinės stoties (gardelėje esančio siųstuvo), kad užtikrintikokybišką ryšį. Bazinė mobilaus ryšio tinklo sistema yra sudaryta iš telefonų ryšio sistemų ir radijoryšio sistemų. Mobilaus ryšio sistemos reikalingas sujungimas su laidinio ryšio ir kitais mobilausryšio tinklais.

Ankstyvosios mobilaus ryšio paslaugos buvo panašios į televizijos transliavimo sistemas:Vienas labai galingas siųstuvas su aukštai iškelta antena transliuojančia iki penkiasdešimt kilometrųspinduliu. Toks siųstuvas veikdavo dviejų metrų diapazone (140-150 MHz) su dažnine moduliacija.Siųstuvas turėdavo dvylika ryšio kanalų todėl vienu metu galėdavo kalbėti dvylika abonentų.

Korinio ryšio sistemos yra sukurtos kitokiu principu. Kitaip nei naudojant vieną galingąsiųstuvą, daug mažos galios siųstuvų išdėstoma taip, kad padengtų reikiamą teritoriją. Pavyzdžiuididelio miesto teritorija suskirstoma i šimtą zonų, naudojant jau minėtas dvylikos ryšio kanalųsistemas, todėl miesto teritorijoje vienu metu gali kalbėti tūkstantis du šimtai vartotojų.

Public Switched Telephone Network(PSTN)

Mobile BaseStation

Mobile BaseStation

MobileTelephoneSwitchingOffice

MobileSubscriber Unit

MobileSubscriber Unit

2.1 pav. Mobilaus ryšio principas

27

2.2 pav. Ankstyvosios mobilaus ryšio sistemos

2.2 Korinės mobilaus ryšio sistemos

Ankstyvosiose mobiliojo ryšio sistemose buvo didelė problema dėl radijo bangųinterferencijos, todėl gretimose gardelėse negalima naudoti tų pačių kanalų. Reikia išlaikyti tamtikrą atstumą, kad būtų galima naudotis tais pačiais ryšio kanalais. Būtent tų pačių radijo ryšiokanalų panaudojimas ir yra vienas iš pagrindinių korinio ryšio išskirtinumų.

2.3 pav. Korinė mobilaus ryšio sistema

28

Buvo nustatyta, kad interferencijos reiškinys yra susijęs ne su atstumu tarp ryšio zonų, o susantykiu atstumo tarp gardelių bazinių stočių su jų siųstuvų galia. Paprastai ryšiui naudojamosvisakryptės antenos, todėl ryšio zoną galima laikyti apskritimu. Pavyzdžiui sumažinus zonosspindulį nuo dešimties kilometrų iki vieno kilometro reikėtų šimto mažesnės galios siųstuvų, bet tuopačiu ir abonentų, galinčių kalbėti vienu metu, skaičius išauga šimtą kartų. Korinio ryšio sistemosenaudojami įvairios galios radijo siųstuvai bei antenos su neapskritiminiu kryptingumu, leidžiasuformuoti sritis su skirtingu aptarnaujamų abonentų tankiu. Vystantis ir keičiantis miestostruktūrai, keičiasi abonentų tankis, taigi ir korinio ryšio sistema turi vystytis drauge. Pokalbis turibūti perduodamas nuo vienos gardelės bazinės stoties kitai, kai abonentas juda tarp gardelių.Bazinės stoties radijo ryšio įranga turi veikti su abonento mobiliąja įranga visoje gardelės zonoje.

2.3 Korinio ryšio sistemų architektūra.Augant korinio ryšio tinklui teko rūpintis tinklo kokybės gerinimu ir paslaugų plėtimu bei

galimybėmis didinti vartotojų skaičių. Kadangi mobiliajam ryšiui yra išskirtas ribotas dažniųdiapazonas, vienas iš svarbiausių uždavinių yra efektyvus dažnių diapazono išnaudojimas. Todėlužmiestyje, kaimuose, prie magistralių ir skirtingo dydžio miestuose yra skirtingas korinio ryšiosiųstuvų tankis ploto vienete. Mobiliojo ryšio siųstuvų tankis apskaičiuojamas pagal tai kiekabonentų reikia aptarnauti vienu metu, bei kokiu spinduliu gali veikti siųstuvas.

Gardelės (Cells)Gardelė yra bazinis geografinis vienetas korinio ryšio sistemoje. Terminas korinis yrasusijęs su tuo, kad atvaizduojant siųstuvo aptarnavimo zonas vaizdas yra panašus į bičiųkorį. Gardelės yra atvaizduojamos kaip šešiakampiai, nors iš tikrųjų jų forma gali būti irdažniausiai yra kitokia. Gardelės aptarnaujamos zonos forma priklauso nuo antenųkryptinės diagramos, aplink esančių pastatų aukščio ir tarpusavio išsidėstymo, medžių irkitų faktorių.

2.4 pav. Korinio ryšio gardelės 3.2 pav. Septynių gardelių klasteris

Klasteriai (Clusters)Klasteris yra gardelių grupė. Klasteryje nenaudojami tie patys ryšio kanalai (dažniai).septynių gardelių klasteris (3.2. pav.) – vienas iš optimaliausių sprendimų. Tokie klasteriailabai gražiai susijungia tarpusavyje.

Tų pačių dažnių naudojimas (Frequency reuse)Mobiliajam ryšiui išskirtame dažnių ruože galima sukurti ribotą ryšio kanalų skaičių. Todėlvienintelis būdas plėsti ryšio aptarnavimo zoną, yra tų pačių dažnių naudojimas. Tai buvoįgyvendinta restruktūrizuojant mobiliojo ryšio telefonų sistemas į korinio ryšio sistemas.Tų pačių dažnių naudojimo sprendimas grindžiamas tuo, kad gardelei skiriama grupėradijo ryšio kanalų, kurie naudojami nedidelėje teritorijoje. Gardelei yra skiriami tokieryšio kanalai, kurie nėra naudojami gretimose gardelėse. Kad išvengti radijo signalųinterferencijos, reikia išlaikyti pakankamą nuotolį tarp siųstuvų dirbančių tuo pačiu dažniuir teisingai suprojektuoti dažnių paskirstymą klasteriuose. Tų pačių dažnių panaudojimo

29

pavyzdyje (3.3.pav.) matyti, kad vienodo dažnio gardelės nutolusios ne mažiau kaip perpusantro aptarnavimo zonos pločio.

3.3 pav. Dažniu paskirstymas klasterio gardelėse 3.4 pav. Gardelių dalijimas

Gardelių dalijimas (Cell Splitting)Augant vartotojų skaičiui gardelėje iškyla ryšio pasiekiamumo problema tai atsitinka, kaipiko metu visos ryšio linijos būna užimtos. Tokiu atveju yra vienas sprendimas sudalintigardelę į smulkesnes dalis. Taip miesto centras yra sudalinamas į tiek smulkių dalių, kiekreikia garantuoti ryšio paslaugų pasiekiamumą (3.4 pav.), nors ir vienos didesnį plotąapimančios gardelės eksploatacija yra ekonomiškai pigesnė.

Automatinis pokalbio perdavimas (Handoff) Dar viena sudėtinga problema atsiranda, kai abonentas keliauja nuo vienos gardelės priekitos ryšio seanso metu. Gretimos gardelėse negalima naudoti tų pačių dažnių dėl radijobangų interferencijos, taigi ryšys bus prarastas. Tačiau ryšio praradimas yra nepriimtinastodėl buvo sukurtas (handoff) procesas. Šis procesas vyksta kai mobilusis tinklasautomatiškai perduoda skambutį iš vieno radijo ryšio kanalo į kitą, kai abonentas keliaujanuo vienos gardelės prie kitos (3.5 pav.).

3.5 pav. Handoff tarp gretimų gardelių

30

Kai mobilus abonentas išvyksta iš gardelės, radijo signalas silpsta. Tuo metu gardelės stotisužklausia handoff procedūrą. Mobiliojo ryšio sistema perjungia skambutį į kitos gardelėsryšio kanalą nenutraukdama ryšio. Taigi pokalbis trunka tiek kiek abonentas kalba,nepriklausomai nuo to kiek gardelių jis pravažiuoja ir kiek reikia perjungti ryšio kanalų.Abonentui nėra pranešama apie kanalų perjungimus perjungimus.

2.4 Analoginės Korinio Ryšio SistemosJungtinėse Amerikos Valstijose analoginės korinio ryšio sistemos, veikiančios 800 MHz

dažniu, buvo pradėtos diegti aštunto dešimtmečio pabaigoje ir devinto dešimtmečio pradžioje.Grupė, kurioje dalyvavo valstybinės institucijos, telekomunikacijų kompanijos ir komunikacinėsįrangos gamintojai, bendrai kūrė protokolų rinkinį kaip abonento mobilus įrenginys turikomunikuoti su korinio ryšio sistema. Darbas buvo gan komplikuotas, nes reikėjo suderinti kartaisvisiškai prieštaringus reikalavimus. Korinis ryšys apima keletą sričių:

1. Dažnių ir kanalų paskirstymas.2. Radijo signalo moduliacijos tipas.3. Galių lygiai.4. Moduliacijos parametrai.5. Pranešimų protokolai.6. Skambučių apdorojimo seka.

Pagerintas Mobilusis RyšysAMPS (The Advanced Mobile Phone Service) buvo įdiegta 1983 metais, naudojo nuo 800MHz iki 900 MHz dažnių juostą ir 30 kHz juostą kiekvienam kanalui ir teikė visiškaiautomatinio telefonų ryšio paslaugą. Tai buvo pirmasis standartizuotas korinis ryšys, kurisvėliau buvo naudojamas labai plačiai. Sukurtas naudoti miestuose, buvo išplėstas iružmiesčiui. AMPS mobilieji telefonai buvo sukonstruoti taip, kad galėjo veikti su betkuriomis, standartą atitinkančiomis bazinėmis stotimis, ir buvo paprasti naudotis. Tai leidolabai paprastai organizuoti tarptinklinio ryšio (roaming) paslaugą. Tačiau AMPS turėjoapribojimus:

· Mažas abonentų skaičius (abonentų talpa).· Ribotas spektras.· Nebegalima plėsti spektro.· Prastas skaitmeninis ryšys.· Mažas pokalbių privatumas.

AMPS naudojama visame pasaulyje be labiausiai Jungtinėse Valstijose, Pietų Amerikoje,Kinijoje ir Australijoje. AMPS yra naudojam dažninė moduliacija FM (FrequencyModulation).

Siaurajuostis Analoginis Mobilusis Telefonų RyšysNAMPS (Narrowband Analog Mobile Phone Service) yra antros kartos analoginėmobilaus ryšio sistema, kuri buvo kuriama AMPS diegimo metu. NAMPS sistema yralaikinas mažo abonentų skaičiaus problemos sprendimas. Čia yra naudojama tokia patikaip ir AMPS balso apdorojimo sistema, o signalizacija jau yra skaitmeninė. Tai leidopadidinti ryšio kanalų skaičių tris kartus. NAMPS naudojamas dažninio sutankinimo(Frequency Division) metodas, todėl viename AMPS 30 kHz kanale telpa trys 10 kHzNAMPS kanalai. Tačiau dėl to, kad sumažėjo kanalo praleidžiamų dažnių juosta, padidėjointerferencijos galimybė.

31

2.5 Korinio Ryšio Sistemų KomponentaiKorinio ryšio sistemos teikia tokias pat ryšio paslaugas kaip ir laidinio ryšio sistemos. Jos gali teiktipaslaugas dešimtims tūkstančių abonentų dideliuose miestuose. Korinio ryšio sistemos yrasudarytos iš šių pagrindinių komponentų (5.1 pav.), kurie veikdami drauge užtikrina mobiliojoryšio paslaugas abonentams. Korinio ryšio komponentai:

1. Bendro naudojimo komutuojamas telefonų tinklas (Public Switched Telephone Netvork,PSTN).

2. Mobiliojo ryšio telefonų stotis (Mobile Telephone Switching Office, MTSO).3. Gardelė, siųstuvas su antena (cell site with antenna system or mobile base station).4. Mobiliojo abonento ryšio įrenginys (Mobile Subscriber Unit, MSU).

Bendro naudojimo komutuojamas telefonų tinklas (Public Switched Telephone Netvork,PSTN)

Šio tinklo architektūra ir įrengimai yra tokie pat kaip ir laidinio telefonų tinklo. Jame taippat naudojami tokie pat įrengimai sujungimui su aukštesnės hierarchijos tinklais beilaidiniais tinklais.

Mobiliojo ryšio telefonų stotis (Mobile Telephone Switching Office, MTSO)MTSO yra centrinė mobiliojo ryšio stotis, kuri apima mobiliosios komutacijos centrą(Mobile Switching Center, MSC), radijo dažnių, galios ir laukų monitoringo, gardeliųtarpusavio ryšio bei ryšio su laidinio (PTSN) ir aukštesniojo lygmens mobiliojo ryšiostotimis funkcijas. MSC valdo skabučius, atlieka ryšio laiko apskaitą ir tarifikaciją beilokalizuoja abonentus.

Gardelės siųstuvas su antena – bazinė stotis (cell site with antenna system)Gardelės bazinė stotis arba bokštelis yra fizinė radijo įrangos, kuri užtikrina radijo ryšįnustatytoje zonoje (gardelėje), buvimo vieta. Čia yra siųstuvo ir imtuvo antenos, siųstuvas,imtuvas, tinklo interfeisai ir maitinimo šaltiniai.

Mobiliojo abonento ryšio įrenginys (Mobile Subscriber Unit - MSU)Mobiliojo abonento ryšio įrenginys yra sudarytas iš valdymo įrenginio ir transiverio, kurisperduoda ir priima signalus iš gardelės siųstuvo.

Šie įrengimai gali būti:

1. Mobilus telefonas (tipinė siųstuvo galia yra 4 vatai).2. Nešiojami (tipinė siųstuvo galia 0.6 vato).3. Kilnojami (tipinė galia 1.6 vato).

32

Mobilūs telefonai įrengiami automobiliuose. Ragelis įrengiamas vairuotojui patogiojevietoje. Nešiojami ir kilnojami telefonai gali būti naudojami bet kur. Jų naudojimą ribojabaterijos talpa. Šiuolaikinės technologijos ir telefonų kainos leidžia naudoti ta patįnešiojamą mobiliojo ryšio telefoną ir automobilyje.

5.1 pav. Korinio ryšio komponentai

33

3 Skaitmeninės SistemosAugant mobilaus telefonų ryšio poreikiui, paslaugų tiekėjai rado pagrindinį inžinerinį

sprendimą, kuris yra kitoks negu laidinėse ryšių sistemose. Buvo pastebėta, kad laidiniu telefonuvidutiniškai šnekame dešimt minučių, o mobiliuoju apie pusantros minutės. Bandymas prijungtipenkiolika ar daugiau mobilių telefonų prie to paties radijo ryšio kanalo sukelia kitą problemą, kurivadinama telefono blokavimu, kai abonentas negauna „stoties signalo“ (dial tone). Taigi pagrindinėproblema yra abonentų skaičius. Pagrindinė TDMA, GSM, PCS1900 ir CDMA charakteristika yradidžiulis vienalaikių pokalbių skaičius ir saugumas. TDMA ir CDMA sistemose yra daugiau ryšiokanalų tame pačiame mobiliojo ryšio dažnių diapazone, be to kanalais perduodami duomenys yraužkoduoti. Todėl toks ryšys yra konfidencialesnis ir be specialios įrangos jo pasiklausyti negalima.

TDMA (Time Division Multiple Access)1. IS–54 standartas nustato skaitmeninių balso kanalų trafiką.2. Pradinės realizacijos vienalaikių pokalbių talpa yra tris kartus didesnė už AMPS

sistemos.3. Galimybė padidinti vienalaikių pokalbių skaičių nuo 6 iki 15 kartų lyginant su AMPS.4. Daugiau ryšio kanalų 800 Mhz ir 1900 Mhz dažnių diapazonuose.5. Ryšys tik skaitmeninis.

TDMA yra viena iš kelių technologijų naudojamų bevielėms komunikacijoms. Kiekvienameradijo kanale yra išskirti laiko intervalai – taip radijo kanaluose yra padaromi keli duomenųperdavimo kanalai (laikinio sutankinimo metodas). Toks laiko intervalas vadinamas (timeslot). Kiekvienam pokalbiui yra suteikiamas vienas laiko intervalas per kurį vyksta pokalbisar duomenų perdavimas. Priimanti ir perduodanti įranga sugeba išskirti reikalingą laikointervalą ir iš gautų duomenų atstatyti garsą. Vienam radijo kanalui yra skirta 30 kHz dažniųjuosta. Naudojant skaitmeninį garso kodavimą viename radijo kane galima sudaryti iki šešiųkanalų.

E–TDMA (Extended Time Division Multiple Access)Šis kodavimo būdas leidžia penkiolika kartų padidinti laiko intervalų skaičių (time slot)lyginant su analoginėmis sistemomis. Tai yra įmanoma dėl tylos laiko suspaudimopokalbio metu.

FWA (Fixed Wireless Access)Fiksuota bevielė prieiga yra radijo ryšiu paremta telekomunikacijų paslauga. Tai žymiaipigesnė ryšio paslauga kaimo vietovėms į kurias ekonomiškai nenaudinga tiesti laidinęryšio sistemą.

PCS (Personal Communications Services)Jungtinėse Amerikos Valstijose bandomieji asmeninio mobilaus ryšio tinklai buvoeksploatuojami iki 1993 metų. 1995 metais FCC (Federal Communications Commission)skyrė dažnių leidimus. Taip buvo priimtas PCS1900 standartas veikiantis 1900 MHzdažniu, nustatantis kanalų skaičių, kanalų pakartotino naudojimo sąlygas, gardelių siųstuvųir telefonų siųstuvų dažnius. PCS1900 turi 512 kanalų, gardelių siųstuvų dažnis 1850.2MHz atitinkamai telefonų siųstuvai veikė 1930.2 MHz ir turi tiek pat kanalų.

CDMA (Code Division Multiple Access)CDMA yra skaitmeninio bevielio ryšio standartas, kurio kanalų skaičius yra nuo devyniųiki penkiolikos kartų didesnis už analoginį. Tai karinės išplėsto spektro vienos šoninėsjuostos moduliacijos technologijos komercinė adaptacija. Kadangi abonentai yra atskiriamikodais, jie gali naudoti tą patį dažnį, taip eliminuojama dažnių pakartotino naudojimoproblema. Kiekviena CDMA gardelė naudoja tą patį dažnį su 1.25 MHz juosta, taipsupaprastinamas dažnių planavimas visoje CDMA sistemoje.

34

Skirtingai nei AMPS/TDMA sistemos, CDMA neturi griežto abonentų skaičiaus.Kiekvienas abonentas čia yra tik triukšmo šaltinis bendrai naudojamame kanale, kurissumuojasi daugėjant vartotojų tai kaip tik ir riboja vartotojų skaičių. Telefonaitransliuojantys didesnę galią didina interferenciją su kitais telefonais. Todėl telefonųsiųstuvų galios valdymas yra kritiškas siekiant aptarnauti maksimalų abonentų skaičių irdidinant baterijų naudojimo laiką. Pagrindinė idėja yra laikyti minimalią siųstuvo galią,kuri reikalinga pakankamai ryšio kokybei užtikrinti esamomis sąlygomis. Idealu, kai visųpriimamų signalų galia bazinės stoties priėmimo antenoje yra vienoda.

Skaitmeninio ryšio privalumaiDaugybinės prieigos technologija yra naudojama skaitmeninėse ryšių technologijose.Skaitmeninės ryšių technologijos yra tokios, kai analoginis balso signalas yra paverčiamasskaitmeniniu signalu.Skaitmeninio signalo perdavimas turi eile pranašumų priešanaloginio:

· Mažesnė praleidžiamų dažnių juosta.· Lengvesnis suderinimas su asmeninių ryšio sistemų (Personal Communication Systems

- PCS) įrenginiais.· Geresnės kokybės balso perdavimas dideliais atstumais.· Signalas gali būti užkoduotas – didesnis saugumas.· Skaitmeninio signalo perdavimui reikalinga mažesnė vidutinė galia.· Galima naudoti mažesnius ir pigesnius siųstuvus ir imtuvus.

Pradinis TDMA standartas IS–54 buvo pristatytas 1988-89 Telecommunications IndustryAssociation (TIA)/CTIA (žiūrėti 6.1. pav.). Jis įvedė naujoves kaip autentiškumas (authentication),numerio identifikatorius (calling-number ID), pranešimo laukimo indikatorius (message-waitingindicator, MWI), ir pokalbio slaptumą (voice privacy).

· 1994 metais IS-54B standartas buvo pakeistas IS-136 standartu ir vėliau sekančiomismodifikacijomis.

· IS-136 yra suderinamas su žemesniu IS-54B.· IS-136A papildytas 800 MHz ir 1900 MHz dažniais.· IS-136B papildytas naujomis ryšio paslaugomis tinklo pranešimai, duomenų

perdavimas it kitomis.

Baigiantis aštuntajam dešimtmečiui bevielio ryšio kompanijos pradėjo keisti analoginioryšio tinklus skaitmeniniais. 1989 metais CTIA (Cellular Telecommunications IndustryAssociation) pasirinko TDMA su Motorola FDMA (Frequency Division Multiply Access), dabaržinoma kaip NAMPS (Narrowband Analog Mobile-Phone Service), kuris kaip standartas buvopritaikytas esančiai 800 MHz technologijai. Augant technologijų konkurencijai pradedama naudotiCDMA (Code Division Multiply Access) technologija. Europoje kuriamas globalus mobilaus ryšiotinklo GSM (Global System for Mobile) standartas naudojant CDMA technologiją. Taigi yra dvipagrindinės (konkuruojančios) technologijos radijo kanalų panaudojimui TDMA ir CDMA. CDMAyra plačiajuostė technologija, kuri leidžia vienu metu naudoti daug dažnių. CDMA siųstuvaskiekvieną paketą užkoduoja su unikaliu raktu. CDMA imtuvas atpažįsta šį raktą ir moka dekoduotiir demoduliuoti signalą. Mobilaus ryšio technologijos adaptuojamos europietiškam GSM,Japoniškam JDC (Japanese Digital Cellular) ir Šiaurės Amerikos NADC (North American DigitalCellular) standartui, TDMA technologija ir jos variantai naudojami visuose mobilaus ryšiotinkluose.

Efektyvus spektro išnaudojimasIšskirtos dažnių juostos yra 890-915MHz ir 935-960 MHz. Viena iš jų perdavimui, kitapriėmimui. Kad gauti maksimalų vartotojų skaičių, kiekviena juosta padalinta į 124 dalis(kanalus), kuriose nešančiųjų dažniai skiriasi 200 kHz. Dažnių padalinimui naudojama

35

FDMA technologija. Panaudojant TDMA technologiją, kiekvienas kanalas yrasutankinamas laike. Kiekvienam laiko intervalui (time slot) skiriama apytiksliai 0.577 ms.Tai reiškia, kad per vieną sekundę laiko intervalai perjungiami (hopp) apie 217 kartų.Tačiau dėl mažo dažnių intervalo, saugumui užtikrinti reikalingas papildomas kodavimas.Visa eilė technologijų kaip balso kodavimas, dažnių šokinėjimas, kanalų kodavimas, galiosvaldymas, nutrūkstamas perdavimas ir moduliacijos schemos leidžia pasiekti efektyvųsignalo spektro išnaudojimą.

· Balso kodavimas – algoritmas RPELPC, konvertuoja skaitmenizuotą analoginįsignalą. LPC (long term prediction) yra labai svarbus, nes jis leidžia efektyviaiekstrapoliuoti kalbą, kai kalbos duomenų blokas priimamas su klaida, sistema gali,praktiškai be pastebimų garso sutrikimų, atstatyti iki 2% prarastų kalbos duomenųblokų.

· Dažnių šokinėjimas – perdavimo ir priėmimo kanalai yra priskiriami dinamiškai, taileidžia išvengti dažnių kolizijų. Kolizijų išvengimą reikia suprasti taip, kad visi vienoscelės abonentai naudoja „atsitiktinį“ dažnių šokinėjimą taip, kad dviese niekada nėranaudojamas tas pats dažnis vienu metu. Dažnių šokinėjimas sudaro galimybęefektyviau išnaudoti dažnių kanalus ir sumažinti signalo interferenciją, nes kirtingodažnio signalai skirtingai atsispindi.

· Kanalų kodavimas – leidžia sukurti labai patikimą ryšį su klaidų atstatymu. UnikaliGSM savybė, suteikti skirtingą apsaugą kalbos duomenims – labiau svarbūs duomenysapsaugomi labiau, mažiau svarbūs – mažiau, nesvarbūs – visai neapsaugomi. Tai yraskirtingai nei Qualcom CDMA, kur visi duomenys apsaugomi vienodai, tai realizuotiyra daug paprasčiau, bet labiau „švaistoma“ (nenaudingai naudojama) dažnių juosta.

· Galios valdymas – išėjimo galia valdoma priklausomai nuo signalo stiprumo bazinėjestotyje, jei signalo stiprumas geras t.y. telefonas yra gero ryšio zonoje, jis naudojamažesnę siųstuvo galią.

· Nutrūkstamas perdavimas – kai nevyksta perdavimas, o tai sudaro apie 60%pokalbio laiko, siųstuvas būna išjungtas. Tai sumažina elektromagnetinį spinduliavimą,tuo pačiu interferenciją su kitais telefonais ir naudoja mažiau energijos iš baterijų(prailgina pokalbio-budėjimo laiką).

· Moduliacijos schemos – GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) naudojamasmoduliuoti skaitmeniniais signalais, kad sumažinti gretimų kanalų interferenciją.GMSK naudojamas todėl, kad jam nereikalingas tiesinis stiprintuvas. Viena išgražiausių GSM klaidų yra ta, kad stiprintuvas „turi“ būti tiesinis ir tik todėl spektrinisefektyvumas yra 2.7 bit/Hz.

3.1 pav. Mobilaus ryšio signalų dažniai

36

3.1 FDMA (Frequency Division Multiple Access)FDMA yra daugybinės prieigos dažninio sutankinimo sistema, kuri vienam vartotojui išskiria vienąkanalą. (3.1 pav.) FDMA labai netaupiai naudoja praleidžiamų dažnių juostą: kanalas priskiriamasvartotojui nepriklausomai ar jis kalba ar ne, jei ne visi kanalai užimti vis vien transliuojamas visassignalas. Be to FDMA nepalaiko kitų duomenų perdavimo, tik garso perdavimą.

1.1 pav. FDMA

3.2 TDMA (Time Division Multiple Access )

ApibrėžimasTime Division Multiple Access (TDMA) yra skaitmeninė duomenų perdavimotechnologija, leidžianti vienu metu keliems vartotojams naudoti tą patį radijo dažnio(Radio Frequency - RF) kanalą be interferencijos, išskiriant unikalų laiko intervalą (timeslot) kiekvienam vartotojui kiekviename kanale.

TDMA schema sutankina tris signalus į vieną kanalą. Korinio ryšio standarto TDMAkanalas yra sudarytas iš šešių laiko intervalų, kiekvienam signalui naudojami du laiko intervalai.Kiekvienam vartotojui suteikiamas atskiras laiko intervalas signalo perdavimui.

6.1 pav. TDMA standarto evoliucija

37

TDMA sistema yra sukurta naudoti įvairiuose aplinkose nuo biuro telefono iki nešiojamotelefono ir mobilaus vartotojo vykstančio bet kuria kryptimi dideliu greičiu. Sistema turi eilepaslaugų teikiamų galiniam vartotojui: balso, duomenų, fakso, trumpų žinučių ir tinklo pranešimųperdavimas. TDMA turi lankstų radijo interfeisą, teikia didelio našumo mobilųjį ryšį ir palaikoįvairius abonento įrenginius su įvairiomis galimybėmis pagal vartotojo poreikius.

TDMA remiasi tuo, kad garso signalas yra skaitmenizuotas (digitized); tai yra pakeistasmilisekundžių ilgio paketais. Jis naudoja vieną kanalą trumpą laiką ir pereina prie kito kanalo.Skaitmeninės išrankos (samples) iš vieno siųstuvo naudoja skirtingus laiko intervalus keliuosekanaluose, kaip pavaizduota 3.3 pav..

3.3 pav. TDMA

TDMA technologijoje trys vartotojai bendrai naudoja 30 kHz juostos kanalą. TDMAtechnologija naudojama Europos skaitmeninio ryšio standarte GSM ir Japoniškame standarte PDC(Personal Digital Cellular). Šiuo metu tai gerai žinoma ir save pateisinusi technologija, naudojamadaugelyje komercinių sistemų.

3.4 pav. Keturi pokalbiai – keturi kanalai

Proceso iliustravimui, 3.4 pav. pavaizduoti keturi skirtingi pokalbiai vykstantys vienu metuketuriais kanalais.Visi keturi pokalbiai gali naudotis vienu kanalu, jeigu kiekvieną pokalbį sudalintiį sąlyginai trumpus fragmentus, kurie sinchroniškai perduodami tam tikrais laiko intervalais (timeslot). 3.5 pav. Keturi pokalbiai – vienas kanalas. Perdavus ketvirtąjį laiko intervalą – procesaskartojamas.

3.5 pav. Keturi pokalbiai – vienas kanalas

TDMA realizacijos IS–54 ir IS–136 standartinį analoginį FDMA 30 kHz kanalą dalina įtris laiko intervalus. Taip vienu gali naudotis trys skirtingi vartotojai naudodami tą patį radijokanalą. Šiuolaikinės sistemos leidžia viename radijo dažnio kanale sudaryti šešis laiko intervalus.Pažangesnės technologijos, kuriose panaudojami adaptyvūs kanalai, protingos antenos it kitospriemonės leidžia iki 40 kartų padidinti pralaidumą lyginant su analoginiu.

TDMA leidžia padidinti analoginio korinio ryšio sistemos efektyvumą. Kaip ir FDMAsistemoje TDMA turi trūkumą, nes laiko intervalas (time slot) yra skiriamas vienam pokalbiuinepriklausomai ar abonentas kalba ar tyli. Todėl ne pilnai išnaudojamas kanalo pralaidumas.ETDMA (Extended Time Division Multiple Access) sistemoje yra bandoma išspręsti šią problemądinamiškai paskiriant abonentui kanalą kurio jis gali perduoti duomenis. Kai abonentas turi

38

duomenų perdavimui, nustatoma vėliavėlė (būsenos registro bitas). Sistema skenuodama būsenas,nustato kad abonentas turi duomenų perdavimui ir suteikia jam radijo kanalą. Jeigu abonentas neturiduomenų perdavimui (vėliavėlė nepakelta), radijo kanalas suteikiamas kitam abonentui turinčiamduomenų. Jei pokalbių partneriai nekalba vienas per kitą, ši technologija leidžia 10 kartų padidintiefektyvumą lyginant su analogine.

3.2.1 TDMA Pranašumai· Lengvai pritaikomas duomenų perdavimui;· Palaiko duomenų srautus nuo 64 kbps iki 120 Mbps su 64 kbps žingsniu. Tai leidžia

naudoti įvairioms komunikacijoms, kaip faksimilinis ir modeminis ryšys, trumposiosžinutės SMS (Short Message Service), multimedia ir videokonferencijos;

· Lyginant su išplėsto spektro technologijomis kuriose visi vartotojai naudojasi tuo pačiudažniu ir siunčia vienu metu bei yra veikiami tarpusavio interferencijos, TDMAvartotojai yra atskirti vienas nuo kito laike;

· TDMA leidžia prailginti baterijų veikimo laiką dėl to, kad siųstuvas veikia tik kaiabonentas kalba. Tai sudaro nuo 1/3 iki 1/10 pokalbio laiko;

· TDMA mažina bazinės-stoties techninę įranga, vietą, aptarnavimo laiką;· Efektyvi vystant ir plečiant analogines sistemas;· TDMA leidžia efektyviai įgyvendinti hierarchinę gardelių struktūrą HCSs (Hierarchical

Cell Structure). HCSs aprėpia pico, micro, ir macro gardeles bei leidžia padidintisistemos efektyvuma daugiau kaip 40 kartų;

· Dėl natūralaus suderinamumo su FDMA analoginėmis sistemomis, TDMA yra geraisuderinama su dviejų dažnių nešiojamais įrenginiais;

3.2.2 TDMA Trūkumai

Vienas iš TDMA trūkumų yra tai, kad kiekvienam vartotojui iš anksto priskiriamas laikointervalas (time slot). Todėl vartotojui išvykstant iš vienos gardelės į kitą nėra galimybės paskirtilaiko intervalą. Pavyzdžiui jei visi laiko intervalai gardelėje. į kurią atvyksta vartotojas, yra užimti,ryšys bus nutrauktas. Taip pat jei visi laiko intervalai gardelėje yra užimti, vartotojas negausnumerio rinkimo signalo (dial tone).

Dar viena TDMA problema yra iškraipymai dėl daugkartinių atspindžių. Radijo signalas išbokšto iki nešiojamo telefono gali ateiti skirtingais keliais ir iš skirtingų krypčių. Atsispindėjus nuokeleto skirtingų pastatų yra galima radijo signalo interferencija (4.1 pav.).

3.6 pav. Interferencija

Vienas būdų spręsti šiai problemai yra laiko apribojimas. Sistema suprojektuojama taip,kad signalą priimtų tik nustatytą laiką, o šiam laikui praėjus signalas būtų ignoruojamas. Sistemosjautrumas priklauso nuo to kokiu atstumu yra signalą atspindintis objektas (veidrodis).

Korinė architektūra, nepriklausomai ar tai makro gardelės ar mikro gardelės, turi savitųproblemų susijusių su radijo bangų atspindžiu (reflection) ir užlinkimu (refraction). Šie reiškiniai irjų kombinacijos gali susilpninti ar net visiškai panaikinti radijo signalą.

39

3.2.3 TDMA ir CDMA palyginimasNuo to laiko, kai 1989 metais buvo pristatyta CDMA tęsiasi debatai kas geriau TDMA ar

CDMA. CDMA daugiau kaip 13 kartų efektyviau išnaudoja dažnių juostą nei TDMA ir nuo 20 iki40 kartų efektyviau už analoginę ryšio sistemą. Be to CDMA yra išplėsto spektro technologijaužtikrinanti ne tik didesnį saugumą, bet ir geresnę signalo kokybę nei TDMA dėl išaugusioatsparumo iškraipymams.

Iš kitos pusės TDMA šalininkai teigia, kad pagrindiniai CDMA bandymai nedavė planuotoefektyvumo augimo. Tuo tarpu tobulinant TDMA tikimasi pasiekti tokio pat efektyvumo kaip irCDMA. Be to TDMA technologija yra daug pigesnė taip pavyzdžiui CDMA bazinė stotis kainuojaapie 300,000 USD, o TDMA tik 80,000 USD.

3.3 CDMAIšplėsto spektro komunikacijos pasižymi šiomis savybėmis:

1. Signalas užima daug platesnę juostą nei būtina perduoti informacijai. Tai yra naudinga dėldaugelio dalykų: apsauga nuo signalų interferencijos, informacijos sugadinimo, galinaudotis daug vartotojų vienu metu.

2. Juosta išplečiama kodu, kuris nepriklauso perduodamai informacijai ir nėra priklausomasnuo jos. Tai kad kodas yra nepriklausomas yra esminis skirtumas nuo įprastinėsmoduliacijos. Paprastai moduliuoto signalo spektras priklauso nuo duomenų, tuo tarpuišplėstos moduliacijos spektras nepriklauso nuo duomenų.

3. Imtuvas sinchronizuoja kodą duomenų atkodavimui. Nepriklausomo kodo naudojimas irsinchroninis priėmimas leidžia daugeliui vartotojų naudoti tą patį dažnį tuo pačiu metu.

Duomenų geresniam apsaugojimui yra naudojamas pseudo-atsitiktinis kodas. Jis atrodo kaipatsitiktinis, bet iš tikrųjų yra apibrėžtas, todėl imtuvas gali atstatyti kodą sinchroniniamdetektavimui. Pseudo-atsitiktinis kodas dar dažnai yra vadinamas pseudo-triukšmu (pseudo-noise,PN).

Trys išplėsto spektro komunikacijų tipaiYra trys būdai išplėsti signalo spektrą:

· Dažnių šokinėjimas (frequency hopping). Signalas yra dideliu greičiu ir pseudo-atsitiktinai perjunginėjamas tarp skirtingų dažnių, o imtuvas iš anksto žino kur betkuriuo metu rasti signalą.

· Laiko šokinėjimas (time hopping). Signalas perduodamas trumpais pliūpsniais(intervalais) ir pseudo-atsitiktine tvarka, o imtuvas iš anksto žino kuriuo momentu lauktisignalo.

· Tiesioginė seka (direct sequence). Skaitmeniniai duomenys tiesiogiai koduojami daugaukštesniu dažniu išplečiant dažnį pseudo-atsitiktiniu kodu. Imtuvas žino kaipsugeneruoti tokį pat kodą ir koreliacijos būdu atstatyti duomenis iš priimto signalo.

Tiesioginės sekos išplėstas spektrasCDMA yra Tiesioginės sekos išplėstas spektras (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS). CDMAveikia tiesiogiai su 64 kbps skaitmeniniu signalu. Šis signalas gali būti skaitmenizuotas balsas,modemo duomenys, ISDN kanalas, ir taip toliau.

Supaprastinta Tiesioginės Sekos Išplėsto Spektro sistema pavaizduota (3.7 pav.). Paprastumuiparodytas tik vienas kanalas veikiantis viena kryptimi.

40

3.7 pav. Nuosekli išplėsto spektro sistema

Signalo perdavimas susideda iš kelių žingsnių:

1. Sugeneruojamas pseudo-atsitiktinis kodas skirtingas kiekvienam kanalui ir kiekvienamsujungimui.

2. Perduodami duomenys moduliuoja pseudo-atsitiktinį kodą. Taip yra „išplečiami“ duomenys– padidinamas dažnis.

3. Gautas signalas moduliuoja nešantįjį signalą.4. Moduliuotas signalas yra sustiprinamas ir perduodamas.

Signalo priėmimo žingsniai:

1. Nešantysis signalas yra priimamas ir sustiprinamas.2. Priimtas signalas sumaišomas su nuosavu nešančiu dažniu, kad išskirti „išplėstą“

skaitmeninį signalą.3. Sugeneruojamas pseudo-atsitiktinis kodas atitinkantis priimtą signalą.4. Imtuvas sinchronizuoja priimtą kodą ir fazę su nuosavu sugeneruotu kodu.5. Priimtas signalas yra koreliuojamas su sugeneruotu kodu ir išskiriami duomenys.

41

3.3.1 CDMA technologijos įgyvendinimasĮėjimo duomenys

CDMA veikia su keleto įvairių šaltinių duomenimis (3.1 lentelė), tokiais kaip skaitmenizuotasbalsas ar ISDN kanalas. Be to duomenys gali būti įvairios spartos.

3.1 lentelė CDMA duomenų šaltiniaiData Source Data Rate

Pulse Code Modulation (PCM) 64 kbpsAdaptive Differential Pulse Code Modulation (ADPCM)VoiceLow Delay Code Excited Linear Prediction (LD-CELP) 16 kbpsBearer Channel (B-Channel) 64 kbpsISDN Data Channel (D-Channel) 16 kbps

Sistema veikia su 64 kbps duomenų sparta (3.8 pav.), tačiau gali veikti ir su 8, 16 ar 32kbps spartos signalais. Tokiu atveju kodas išplečiamas, pridedant papildomus bitus, kad gauti 64kbps spartą.

3.8 pav. CDMA kanalai

Mažesnės 8, 16 ar 32 kbps spartos signalams sistema naudoja kodavimą su klaidųatstatymu (Forward Error Correction, FEC), kuris du kartus padidina spartą iki 128 kbps.Kompleksinio moduliavimo schema vienu metu perduoda du bitus į du bitinius simbolius.Įeinantiems signalams, kurių dažnis mažesnis už 64 kbps, kiekvienas simbolis kartojamas, kad gautiperdavimo spartą 64 kbps. Kiekviena kompleksinio signalo komponentė perneša vieną bitą iš dviejųbitų simbolio 64 kbps sparta.

3.3.2 Pseudo-Atsitiktinio Kodo GeneravimasKiekvienam kanalui bazinė stotis sugeneruoja unikalų pseudo-atsitiktinį kodą, kuris

keičiasi kiekvienam sujungimui. Bazinė stotis sudeda visų abonentų koduotus signalus ir perduodaeteriu. Abonento įrenginys teisingai sugeneruoja atitinkantį nuosavą kodą, kurį naudoja duomenųatkodavimui. Be to reikia nepamiršti, kad kiekvienas abonentas naudoja kelis ryšio kanalus.

Kad visa tai išpildyti, pseudo-atsitiktinis kodas turi turėti šias savybes:

1. Jis turi būti nusakomas (deterministic). Abonento įrenginys turi galėti nepriklausomaisugeneruoti kodą, kuris atitiktų bazinės stoties kodą.

2. Jis turi atrodyti atsitiktinis tam, kuris klauso neturėdamas pradinės informacijos apiekodą.

3. Ryšys tarp bet kurių dviejų kodų turi būti kuo mažesnis.4. Kodas turi turėti didelį pasikartojimo periodą (didelis laiko tarpas kol kodas kartosis).

Kodo KoreliacijaKoreliacinė funkcija yra specifinė matematinė funkcija, turinti šias savybes:· lygi „1”, jei du kodai sutampa· lygi „0“, kai du kodai neturi nieko bendro

42

Tarpinės reikšmės atspindi kiek kodai yra tarpusavyje panašūs. Kuo jie labiau panašūs, tuosunkiau imtuvui išskirti signalą.

Yra dvi koreliacinės funkcijos:· Tarpusavio-koreliacija: Dviejų skirtingų kodų koreliacija. Kaip minėjome, turi būti kaip

įmanoma mažesnė.· Auto-koreliacija: Koreliacija kodo su jo paties užlaikyta versija. Taigi ši funkcija

naudojama interferencijos dėl daugkartinių atspindžių, ši funkcija turi būti lygi „0“ betkuriam užlaikymui nelygiam nuliui.

Imtuvas naudoja tarpusavio-koreliaciją kad atskirti atitinkamą signalą nuo signalų gaunamųiš kitų siųstuvų ir auto-koreliaciją, kad atskirti dėl daugkartinių atspindžių interferuojančiussignalus.

3.3.3 Spektro išplėtimas pseudo-triukšmuKoduoti su klaidų atstatymu (Forward Error Correction, FEC) duomenys moduliuoja

pseudo-atsitiktinį kodą, kaip parodyta 3.9 pav.

3.9 pav. Išplėtimas pseudo-triukšmu

Keletas svarbių terminų susijusių su pseudo-atsitiktiniu kodu, kuris dar vadinamas pseudo-triukšmu(Pseudo-Noise, PN):

· Chipping Frequency ( )Cf PN kodo taktinis dažnis (bit rate).· Signal data rate ( )Sf duomenų taktinis dažnis (bit rate).· Chip vienas PN kodo bitas.· Epoch Laiko tarpas kol PN pasikartos. Kitaip sakant pseudo-

atsitiktinio skaičiaus periodas. Epoch turi būti didesnis užužvėlinimą dėl radijo bangų sklidimo. Paprastai Epoch yrakelios sekundės.

Spektro išplėtimo procesas pavaizduotas paveiksle (3.10 pav.). Bendru atveju signalospektro plotis yra dvigubai didesnis už taktinį dažnį. Tame pačiame (3.10 pav.) pavaizduotasduomenų signalo ( )Sf ir pseudo-triukšmo (PN) ( )Cf spektras. Jei PN taktinis dažnis yra daugdidesnis už duomenų taktinį dažnį SC ff >> šių signalų kombinacijos spektras bus beveik toks patkaip PN spektras.

43

3.10 pav. Spektro išplėtimas

3.3.4 Apdorojimo skvarba (Processing Gain)Apdorojimo skvarba ( )PG yra tiesiogiai susijusi su signalo spektru. Apdorojimo skvarba

yra pseudo-triukšmo (Chipping Frequency) ( )Cf santykis su duomenų taktiniu dažniu (Signal datarate) ( )Sf

S

CP f

fG = (3.1)

Yra dvi pagrindinės priežastys didinti apdorojimo skvarbą:

· Interferencijos atmetimas sistemos sugebėjimas atmesti interferenciją yra tiesiogproporcingas PG .

· Sistemos talpa sistemos talpa (vienu metu galinčių naudotis sistemavartotojų skaičius) yra tiesiog proporcinga PG .

Taigi kuo didesnis pseudo-triukšmo taktinis dažnis, tuo platesnis CDMA spektras ir tuogeresnės sistemos charakteristikos.

3.3.5 Duomenų perdavimasIšplėsto spektro kodu moduliuoti radijo dažnio signalą naudojamas Quadrature Phase Shift

Keying (QPKS) moduliavimo metodas. QPKS naudoja keturias būsenas kiekvienam simboliui.Keturios būsenos yra nešančiojo dažnio fazės pasukimas kas 90 laipsnių. Yra susitarta, kad fazėsyra 45, 135, 225 ir 315 laipsnių. Kiekviena būsena atitinka du bitus. Šis dviejų bitų žodis yravadinamas simboliu. QPSK veikimas pavaizduotas (3.11 pav.).

Kompleksinę moduliaciją galima aprašyti algebrine lygtimi:

)sin()()cos()())(cos()( 000 ttQttItttA wwjw +=+ (3.2)

,kur )(tj yra fazės pasukimo kampas, )(tI realioji arba I-fazės komponentė, o )(tQ yra menamojikomponentė.

44

Siųstuvas generuoja du to paties dažnio signalus, sinusinį ir kosinusinį. )(tI ir )(tQ yradvejetainiai signalai moduliuojantys kiekvieną komponentę sukdami fazę 0 arba 180 laipsnių. Po toabi komponentės sudedamos.

3.11a pav. Kompleksinė moduliacija

3.11b pav. Kompleksinė moduliacija

Imtuvas generuoja du atitinkamus signalus ir demoduliuoja kiekvieną komponentę.Atpažinti 180 laipsnių fazės posūkį yra visai paprasta ir žymiai lengviau nei 90 laipsnių. Todėl tokiatechnologija ir yra naudojama. 2 lentelėje pavaizduotas dviejų bitų simbolio kodų ir signalo fazėsatitikimas.

2 lentelė Dviejų bitų simbolio kodasSimbolis I Q Fazė

00 +1 +1 45°01 +1 -1 315°10 -1 +1 135°11 -1 -1 225°

Skaitmeninių signalų apdorojime dviejų bitų simboliai vertinami kompleksiniais skaičiaisI+jQ. Taigi norint efektyviai panaudoti Skaitmeninį Signalų Apdorojimą duomenis reikia pervesti įkompleksinius simbolius prieš moduliuojant. Sistema generuoja kompleksinį PN kodą PNi+jPNjdaugiau nei iš 2 komponenčių. Duomenų išplėtimui sistema atlieka kompleksinių duomenų irkompleksinio PN kompleksinę daugybą.

45

Daugelio kanalų sumavimasDaug kanalų yra susumuojami ir perduodami vienu metu. Šis sumavimas vyksta

skaitmeniniu būdu Chip rate dažniu. Reikia nepamiršti, kad kiekviename simbolyje yra milijonaiChips . Kad būtų aiškiau tarkim, kad kiekvienas Chip yra 8 bitų žodis. Iš tikrųjų viskas yra daugsudėtingiau, bet kad išsiaiškinti principus yra pakankama.

Procesai vykstantys Chip rate dažniu:· Duomenys yra konvertuojami į dviejų bitų simbolius.· Pirmasis simbolio bitas yra nusiunčiamas į „I“ duomenų srautą, o antrasis bitas yra

nusiunčiamas į „Q“ duomenų srautą.· Sugeneruojamas kompleksinis PN kodas sudarytas iš dviejų nepriklausomai sugeneruotų

komponenčių I ir Q.· Duomenys kompleksinėje formoje ir kompleksinis PN yra sudauginami.

Procesai kiekvienai I ir Q komponentei:· Kiekvienas Chip yra atvaizduojamas kaip 8 bitų žodis. Kol vienas Chip yra vinetas arba

nulis, 8 bitų žodis yra 1 arba -1· Kai yra sudedama daug kanalų, 8 bitų žodis yra visų Chip reikšmių suma ir pats gali

įgyti reikšmes nuo -128 iki +128.· 8 bitų žodis patenka į Skaitmeninį Analoginį Keitiklį ir rezultate gaunamas atitinkamo

lygio analoginis signalas.· Ši reikšmė moduliuoja nešančio dažnio amplitudę. I komponentė moduliuoja kosinusinę

dedamąją, o Q komponentė moduliuoja sinusinę komponentę.· Moduliuotos nešančiojo dažnio komponentės sudedamos.

Nuo šiol I ir Q nėra riboti tik -1 ar +1, o kompozicinio nešančiojo signalo fazės postūmis nebėraribotas keturiomis būsenomis. Amplitudė ir fazė keičiasi pagal dėsnius:

IQQIA

=

+=

)tan(

222

j(3.3)

3.3.6 Duomenų PriėmimasImtuvas atlieka keletą žingsnių, kad iš radijo signalo išgautų duomenis:

· Demoduliacija· Kodo išgavimas ir susijungimas· Duomenų signalo ir kodo koreliacija· Duomenų dekodavimas

DemoduliacijaImtuvas sugeneruoja du atitinkamus signalus, sinusinį ir kosinusinį. Jie atskirai sumaišomisu priimtu signalu. Tačiau nuosavo kodo fazė turi atitikti priimto signalo fazę. RCS ir FSUmetodai turi skirtingus būdus išgauti ir prisijungti prie kitų perduoto kodo.

Kodo išgavimas ir susijungimasKai tik PN kodas ir fazė sutampa su pilotiniu signalu, priimtas signalas yra nusiunčiamas įkoreliatorių kur jis sudauginamas su kompleksiniu PN kodu, išgautos I ir Q komponentėsatitinka priimtą signalą. Imtuvas atstato duomenis iš I ir Q komponenčių.

Automatinis Galios Valdymas

46

RCS yra bombarduojama signalais iš kitų FSU. Kai kurie FSU yra prie pat ir jų signalaiyra daug stipresni daug toliau esančių FSU. Artimų ir tolimų signalų problema yra būdingaCDMA komunikacijoms. Sistemos abonentinė talpa taip pat priklauso nuo signalų galios.Dėl šios priežasties, abu tiek RCS tiek FSU matuoja priimamo signalo galią ir siunčiasignalus kitų siųstuvų galios valdymui.

Problema Artimas/TolimasKadangi tarpusavio-koreliacija tarp dviejų PN kodų nėra visiškai lygi nuliui, sistema turiapimti ir tai kas yra vadinam Artimas/Tolimas problema.

Koreliatoriaus išėjime yra dvi komponentės:· PN kodo autokoreliacija su koduotu signalu· PN kodo tarpusavio koreliacija su visais kitais koduotais signalais

Matematiškai k-tojo signalo dekodavimui turime formulę:

å R+=j

jkjk AAoutput ,

(3.4)čia jA yra j-ojo signalo amplitudė,

jkR yra tarpusavio koreliacija tarp k-tojo ir j-ojo signalo,

å yra visų j signalų išskyrus k-tajį.

Kol tarpusavio-koreliacija maža (arti nulio), šių signalų amplitudė yra daugmažesnė už priimamą signalą. Taigi, jei laukiamas signalas yra transliuojamas iš toli, o betkuris kitas signalas yra transliuojamas iš daug arčiau, laukiamas signalas gali būti toksmažas kad bus nebegalima jo išskirti.

RCS priima signalus iš daug FSU esančių įvairiais atstumais, o FSU priima visussignalus siunčiamus iš RCS. TCS valdo visų FSU galią taip, kad signalai gaunami iš visųFSU būtų tokio pat stiprumo.

3.3.7 Sistemos talpaSistemos talpa apytiksliai:

b+×=1

1

0

max

NEGC

b

P , (3.5)

čia maxC yra maksimalus skambučių skaičius vykstančių vienu metu,

PG yra Apdorojimo skvarba (Processing Gain),

0NEb yra bendras signalas-triukšmas santykis duomenų bitui,

b yra interferencijos tarp gardelių faktorius.

Kaip anksčiau minėjome, sistemos talpa yra tiesiog proporcinga Apdorojimo skvarbai(Processing Gain). Talpa taip pat yra atvirkščiai proporcinga priimamo signalo signalas-triukšmassantykiui. Taigi, kuo mažesnė siųstuvo galia, tuo didesnė sistemos talpa, žinoma tol kol imtuvasgali išskirti signalą iš triukšmo. Tiek RCS tiek FSU valdo kito siųstuvo galią taip, kad priimamassignalas būtų kaip įmanoma mažesnis išlaikant reikalingą signalas triukšmas santykį. Tai leidžiapasiekti didžiausią sistemos talpą.

47

3.3.8 Interferencijos įtakaCDMA technologija turi įgimtą apsaugą nuo interferencijos ir signalo sugadinimo.

Viena didžiausių mieto komunikacijos problemų yra interferencija dėl nuo įvairių statiniųatsispindėjusių signalų. Signalas iki imtuvo ateina nuėjęs skirtingus kelius, todėl imtuve būnapriimamas su fazės poslinkiais (3.12 pav.) ir ne tik didina triukšmą, bet gali ateiti ir tokia faze, kadsilpnina signalą.

Kovai su interferencija yra du pagrindiniai metodai:· Šukos (Rake filter). Koreliatorius yra nustatomas tam tikriems laiko intervalams, kad

išgauti visus aidus. Yra pamatuojama reliatyvi amplitudė ir fazė kiekvienam aidosignalui jiems yra pakoreguojama fazė ir po to jie sudedami.

· (Adaptive Matched Filter). Šis filtras adaptyviai pastumia signalo fazę ir prideda priepriimto signalo, kad padidinti amplitudę.

3.12 pav. Daugiakryptės interferencijos pašalinimas

48

3.3.9 Sistemos veikimasŠiame skyriuje yra aprašomas tariamos CDMA technologijos įgyvendinimas. Ryšys gali

būti labai įvairus, perduodamos įvairios duomenų rūšys, bet kad būtų paprasčiau bet kokį sujungimąvadinsime „skambučiu“.

Sistema turi keletą būsenų:· System Idle Sistemos darbas, kai nėra nei vieno vykstančio skambučio.· Call Setup Skambučio pradžios procedūros. Sistemos resursų užėmimas.· Call Processing Duomenų priėmimas/apdorojimas/perdavimas vykstant skambučiui· Call Teardown Skambučio užbaigimo procedūros. Sistemos resursų atlaisvinimas.

Tačiau, kad suprasti sistemos veikimą, reikia išsiaiškinti sistemos Pilot Kodus (Pilot Codes) irRyšio kanalus (Communication Channels)

Pilot Kodai

Kiekvienoje darbo fazėje sistema transliuoja pilot kodus. Šie kodai yra nemoduliuotaspseudo-triukšmas PN kodas susijęs su kiekvienu kanalu, naudojamas sinchronizuoti sektinuosavus vietoje sugeneruotus PN kodus, kurie naudojami duomenų išgavimui. Sistemanaudoja sekančius Pilot Kodus:

· Global Pilot siunčia RCS. Visi FSU naudoja Global Pilot visiemspriėmimo kanalams.

· Short Access Pilot Siunčia FSU. RCS stebi šį kodą ir pagal jį nustato, kadFSU prašo priėjimo.

· Long Access Pilot Siunčia FSU. Leidžia RCS sinchronizuotis su FSU CallSetup procedūrai.

· Assigned Pilot Siunčia FSU. Nemoduliuotas priskirto kanalo PN kodas.Leidžia RCS sinchronizuoti ir sekti FSU PN kodus šiamekanale.

Ryšio Kanalai

Sistema turi sekančius ryšio kanalus:

· Broadcast Channel group Beperstojo transliuojantys RCS kanalai· Call Setup Channel group Šie kanalai naudojami Call Setup procedūrai.

Yra 4 komplektai tokių kanalų. Tai reiškia, kadvienu metu 4 FSU gali prašyti Call Setupprocedūros.

· Assigned Channel group Kanalai naudojami skambučių duomenims.

Kiekvienas loginis kanalas kiekvienoje grupėje yra realizuojamas priskiriant jam unikalų PNkodą (3.2 lentelė).

3.2 lentelė Ryšio kanalai

Kanalųgrupė Kanalo pavadinimas

Kry

ptis Kanalų

skaičius Aprašymas

Broadcast Global Pilot F 1 Nemoduliuotas PN kodas su kuriuosinchronizuojasi FSU.

Fast Broadcast F 1 Pranešimas nurodantis kokios

49

Channel paslaugos yra teikiamos ir kuriekanalai prieinami. Ši informacija galikeistis greitai.

Slow BroadcastChannel

F 1 Sistemos informacija, kuri nesikeičiaarba keičiasi lėtai.

Call Setup Short Pilot R 4 Praneša RCS, kad FSU prašo priėjimoLong Pilot R 4 Leidžia RCS sinchronizuoti FSU

skambučio Call Setup procedūrai.Access Channel R 4 Naudojami FSU, kad pasiekti RCS ir

gauti priskirtą kanalą (AssignedChannel)

Control Channel F 4 Naudojami RCS, kai FSU pakartotinaibando prisijungti.

Control Channel APC F 4 Valdo FSU galią skambučio metuAssigned Assigned Pilot R 1/FSU Nemoduliuotas PN kodas su kuriuo

gali sinchronizuotis RCSAPC Channel F 1/FSU FSU galios valdymas skambučio metu

R RCS paskirto kanalo galios valdymasskambučio metu

Traffic Channels F iki 3/FSU Duomenys iš RCS į FSUR Duomenys iš FSU į RCS

Order wire F 1/FSU Valdymo signalaiR

F – Forward – transliacija iš RCS į FSUR – Reverse – transliacija iš FSU į RCS

Laukimas (System Idle)

Startuojant sistemai RCS vieną iš savo modemų įjungia transliacijos režimu. Šiojebūsenoje yra beperstojo transliuojami sekantys globalūs kanalai:

· Global Pilot· Slow Broadcast Channel· Fast Broadcast Channel

Papildomai RCS paskiria 4 Call Setup Channel, kuriais klausosi ar FSU bando prisijungti.

Grupavimas (Paging Groups)

RCS visus FSU suskirsto į grupes Paging Groups. RCS priskiria kiekvienai grupei laikointervalą time slot savo Slow Broadcast Channel. Pirmasis laiko intervalas yra rezervuotaspagrindinei Slow Broadcast informacijai. Kai RCS kreipiasi į FCU, jis kreipiasi tik pertime slot kuris yra priskirtas šio FSU Paging Group.Slow Broadcast Channel vykdo ciklą per visas Paging Groups. Pilnas ciklas trunka apievieną sekundę. Kai Slow Broadcast Channel pasiekia FSU grupės time slot visi FSUisijungia, sinchronizuojasi su Global Pilot, pasitikrina savo adresą grupėje. Jei FSUnustato, kad tai yra jo adresas, jis priima kreipimąsi, jei ne išsijungia. Tai sumažinabudėjimo laiką iki mažiau nei 10%, taip taupant FSU energiją.

50

3.3.10 Sujungimas (Call Setup)

Du įvykiai gali inicijuoti skambutį:

· FSU gali sugeneruoti off-hook (ragelio pakėlimas) signalą.· FSU priima signalą iš RCS.

Kai įvyksta bet kuris iš šių įvykių:1. FSU prašo priėjimo

· FSU išsiunčia Short Access Pilot Code.· RCS priima signalą ir patvirtina nustatydama Flags Call Setup Channel būseną „užimta“· FSU išsiunčia Long Access Pilot Code.· RCS sinchronizuojasi su FSU ir patvirtina per Control Channel.· RCS pamatuoja priimamo signalo galią ir pradeda reguliuoti FSU galią APC Control

Channel siunčiamu valdymo kodu.· RCS it FSY apsikeičia pranešimais Access ir Control kanalais apie paslaugos ir srauto

parametrus kanaluose.

2. RCS priskiria kanalų grupes:

· RCS paskiria kodą priskirtą Control Channel.· FSU sugeneruoja kompleksinius PN kodus visiems grupės kanalams.· FSU ir RCS sinchroniškai persijungia į priskirtus kanalus.· Skambutis yra sujungiamas.· RCS nustato Call Setup Channel flag available ir priskiria sekantį laisvą modemą.

RCS seka Assigned Pilot kanalą, o FSU tęsia Global Pilot kanalo sekimą.

51

3.13 pav. Sujungimas

3.3.11 Pokalbis (Call Processing)Yra skirtumas tarp to kas inicijuoja ryšį, todėl išnagrinėsime abu variantus tiesioginį

sujungimą Forward link (RCS to FSU) ir atbulinį sujungimą Reverse link (FSU to RCS). Sistemanaudoja dažninį sutankinimą dupleksiniam ryšiui (Frequency Division Duplex), priėmimui irperdavimui naudojami skirtingi dažniai.

RTS procedūros tiesioginiam ryšiui

1. Sugeneruojami CDMA signalai kiekvienam duomenų kanalui

· FEC užkoduoja duomenis ir paverčia ją dviejų butų žodžiu· Konvertuoja simbolius į I ir Q duomenis ir paverčia juos 64 kbps srautais.· Sugeneruoja kompleksinį PN kodą kiekvienam kanalui.· Sudaugina duomenų kompleksinį kodą su kompleksiniu PN kodu.

52

· Nuskaito APC (Automatic Power Control) duomenis iš FSU ir atitinkamai valdokanalus.

2. Sugeneruoja kitus kanalų signalus:

· Apskaičiuoja APC signalus.· Konvertuoja išskirtinai tik į I duomenis· Sudaugina su nuosavu kompleksiniu PN kodu

3. Sudedami visi signalai

· Traffic channels· APC channel· Order Wire channel· Global Pilot

4. Sudedami visi, tuo metu aktyvių FSU, signalai.

5. Moduliuojami ir išsiunčiami radijo signalai

· I ir Q signalai moduliuoja kosinusinius ir sinusinius nešančiuosius dažnius.· Nešantieji sujungiami, stiprinami ir ištransliuojami.

FSU procedūros tiesioginiam ryšiui

1. Išskiria I ir Q duomenis:

· Priima ir sustiprinta moduliuotus radijo signalus.· Demoduliuoja signalus ir išskiria I ir Q duomenis.

2. Filtruoja I ir Q duomenis:

· Išskiria atspindėtus signalus Rake ir Adaptive Matched Filter.· Pašalina interferencinius signalus iš I ir Q duomenų naudojant Adaptive Matched

Filter.· Įvykdo Automatic Gain Control priimtam signalui.

3. Išskiria CDMA duomenis iš kiekvieno duomenų kanalo:

· Sugeneruojami kompleksiniai PN kiekvienam kanalui· Sudauginamas kompleksiniai duomenys su kompleksiniu PN kodu.· Konvertuojami I ir Q duomenys į simbolius.· Dekoduoja simbolį ir ištaiso klaidas.· Išskiria duomenis.

FSU procedūros atvirkštiniam ryšiui

1. Sugeneruojami CDMA duomenų signalai kiekvienam duomenų kanalui:· FEC užkoduoja duomenis ir konvertuoja į dviejų bitų simbolius.· Konvertuoja simbolius i I ir Q duomenis bei papildo iki 64 kbps srauto.· Sugeneruoja kompleksinį kodą kiekvienam kanalui.· Sudaugina kompleksinį signalą su kompleksiniu PN kodu.· Nuskaito APC duomenis iš RCS ir atitinkamai nustato siųstuvo galią.

2. Generuoja kitus signalus:

53

· Apskaičiuoja APC signalą· Konvertuoja į I duomenų komponentę· Sudaugina jį su nuosavu kompleksiniu PN kodu

3. Sudeda visus signalus:

· Traffic channels· APC channel· Order Wire channel· Global Pilot

4. Signalas filtruojamas impulsiniu skaitmeniniu filtru.

5. Moduliuoja nešantįjį signalą ir ištransliuoja

· I ir Q signalai moduliuoja kosinusinį ir sinusinį nešančiuosius.· Nešantieji sujungiami, sustiprinami ir ištransliuojami.

RCS procedūros atvirkštiniam ryšiui

1. Išskiria I ir Q duomenis:

· Priima ir sustiprina radijo signalą· Demoduliuoja signalą ir išskiria I ir Q duomenis.

2. Filtruoja I ir Q duomenis:

· Išskiria atspindėtus signalus Rake ir Adaptive Matched Filter.· Pašalina interferencinius signalus iš I ir Q duomenų naudojant Adaptive Matched

Filter.· Įvykdo Automatic Gain Control priimtam signalui.

3. Išskiria CDMA duomenis iš kiekvieno duomenų kanalo:

· Sugeneruojami kompleksiniai PN kiekvienam kanalui· Sudauginamas kompleksiniai duomenys su kompleksiniu PN kodu.· Konvertuojami I ir Q duomenys į simbolius.· Dekoduoja simbolį ir ištaiso klaidas.· Išskiria duomenis.

Iškviečia Teardown

On-hook signalas sąlygoja RCS atlaisvinti resursus, o FSU grįžta į Idle būseną.

54

3.4 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

OFDM (ortogonalaus dažninių sutankinimas) naudojamas daugelyje bevielio ryšio irtransliacijos sistemų: DAB, DVB, Wi-Fi ir t.t. OFDM buvo įgyvendinta Wi-Fi tinkle, kuriame802.11a standarte 5 GHz ISM (Industrial, Scientific and Medical) diapazone pasiekiama duomenųperdavimo sparta 54 Mbps, kaip ir kitas standartas 802.11g dirbantis 2.4 GHz ISM diapazone.ODFM dar naudojamas WiMAX tinkluose ir skaitmeninio korinio radijo tinkluose 3G LTE irUMB. Ateityje ketvirtos kartos mobiliojo ryšio sistemose bus taip pat naudojama OFDM.

OFDM ortogonalaus dažninių sutankinimas gerokai skiriasi nuo įprastinių moduliacijosrūšių, naudojamų ryšio sistemose. Jame vienu metu naudojami keli nešantieji ir toks metodassuteikia daugybę naujų galimybių.

Tuo tarpu, kai palydovinių kanalų, kabelinės televizijos kanalų kiekio ir pralaidumosprendimai jau egzistuoja, antžeminės televizijos (tradicinės televizijos transliacijos) transliacijaiesamos technologijos nepakanka. Tradicinės analoginės televizijos užimama dažnių juosta yra plati,o kanalų skaičius gan ribotas be to reikalingi didelės galios siųstuvai. OFDM yra metodas, kurisleidžia perduoti žymiai didesnį duomenų srautą tokio pat pločio ryšio kanalu. Šis metodas buvopasirinktas Europoje skaitmeniniam radijui (DAB) ir skaitmeninei televizijai (DVB-T) kaipstandartas. Dėl eilės savo privalumų, ateityje jis gali būti naudojamas plačiajuosčio ryšio sistemosekaip pavyzdžiui bevielis ATM tinklas.

3.4.1 OFDM ir ortogonalumo principasPagrindinė antžeminio ryšio problema yra duomenų priėmimas skirtingais keliais. Kitaip

nei palydovinio ryšio sistemose, kai signalas ateina tiesiai nuo siųstuvo antenos, įprastinėseantžeminėse ryšio sistemose susidaro daug signalo atspindžių nuo įvairiausių objektų ir signalasateina skirtingais keliais (angl. multipath-channel). Dėl to, kad signalas nueina skirtingo ilgio kelius(3.14 pav.), jis „sugaišta“ ir skirtingai laiko, o tai reiškia, kad ateina skirtingomis fazėmis ir visisignalai, priėmimo taške, interferuoja vienas su kitu (Inter Symbol Interference, ISI) dėl to tampalabai sunku išskirti informaciją.

3.14 pav. Daugiakryptis priėmimas transliacinėse sistemose

Daugiakrypčio priėmimo apibūdinimui naudojamas parametras cir (chanel impulse response), kurisapibūdina priėmimo kanalą, kai perduodamas vienas impulsas (3.15 pav.).

55

Tarkime, kad sistema išsiunčiadiskretinę informaciją laiko intervalais T .Kritinis parametras daugiakryptėse sistemoseyra laiko intervalas maxt tarp vėliausiai iranksčiausiai atėjusio signalo, t.y. signalo ėjusioilgiausiu keliu ir signalo ėjusio trumpiausiukeliu. Teoriškai, priimtas simbolis gali būtipaveiktas T/maxt ankstesnių simbolių. Šispoveikis turi būti įvertintas ir kompensuotasimtuve – darbas, kuris tampa labai sunkiu.

Pabandykime su vienu nešančiuojusignalu (3.15 pav.). Perduodamas simbolis yraimpulsas. Praėjęs daugiakryptį ryšio kanalą,

imtuve praeina juostinį filtrą, kad padidinti signalas – triukšmas santykį įrenginiui, kuris išskiriaduomenis.

3.15 pav. Sistemos struktūra su vienu nešančiuoju

Jei tokią struktūrą susieti su antžeminės televizijos DBV-T sistema, turinčia tokius parametrus:

Perdavimo sparta:s

MsymT

R 4.71 == ,

Maksimalus kanalo vėlinimas: smt 224max = .

Vieno nešančiojo sistemai ISI (Inter Symbol Interference) bus:

1600104.710224 66max »×××= -

Tt (3.6)

Labai svarbu imtuve pašalinti šią interferenciją. Naudojant vieno nešančiojo modelį galima gauti tikblogesnį nei vidutinis rezultatą. Tai pagrindinė priežastis kodėl buvo pradėta naudoti sistema sudaug nešančiųjų.

3.16 pav. Dažnių juostos padalijimas į Nc juostų

3.14 pav. Efektyvi cir trukmė

56

Dažnių juosta W sudalinama į Nc juostų, kurių kiekviena turi panešantįjį dažnį. Šios juostos kartaisir vadinamos panešančiaisiais. Kiekvienos juostos plotis

RNT cs = . (3.7)Sudalinimas į juostas pavaizduotas (3.16 pav.), čia rodyklės vaizduoja atskirus panešančiuosius.Daugelio nešančiųjų sistemoje (3.17 pav.) įėjimo srautas su greičiu R multipleksuojamas į Nlygiagrečių srautų su greičiu :

NRTR mcmc ==1 . (3.8)

Bendru atveju, daugelio nešančiųjų signalą galima užrašyti kaip atskirų moduliuotų nešančiųjųsumą:

( ) ( )å å+¥

-¥=

-

=

-÷÷ø

öççè

æ××=

m

N

k

mTtjkkm

cskeatgts

1

0

)(w , (3.9)

čia ( )tgkm – duomenų simbolis moduliuojantis )( sk mTtje -w nešantįjį su numeriu k, kurio amplitudė

ka , signaliniame intervale m .

3.17 pav. Daugelio nešančiųjų sistemos struktūra

Kiekvienas duomenų srautas moduliuoja atskirą nešantįjį (skirtingi dažniai) ir ištransliuojamas tapačia banga. Atitinkamai, kiekvienas imtuvas turi N priėmimo kelių. Taigi atstumas tarpperduodamų simbolių padidėja, o tuo pačiu ISI atitinkamai pasikeičia:

TNTmc ×= maxmax tt (3.8)

DBV-T antžeminio ryšio sistemoje 8192=N tad atitinkamai ISI bus:

2.08192

104.710224 66max =×××=

-

Tt (3.9)

Toks mažas ISI yra net labai priimtinas ir jokių specialių priemonių, kaip, pavyzdžiui,ekvalaizeriai nereikalingi. Deja sistema su 8192 lygiagrečiais kanalais kolkas dar nėra reali. Todėluždavinį modifikavus gaunama ODFM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing).

57

OFDM sistemoje panešančiojo impulsas yra pasirinktas stačiakampiu. Tai patogu todėl,kad impulso formavimui ir moduliacijai gali būti panaudojama paprasta atvirkštinė diskretinė furjėtransformacija (Inverse Discrete Fourier Transform, IDFT), kuri gali būti labai efektyviaiįgyvendinta kaip atvirkštinė greita furjė transformacija (Inverse Fast Fourier Transform, IFFT).Todėl imtuve reikalinga tik FFT (Fast Fourier Transform). Pagal Furjė transformaciją stačiakampisimpulsas transformuojamas į funkciją ( ) xxsin kurios panešančiųjų spektras (3.18 pav.).

3.18 pav. OFDM ir ortogonalumo principas

Akivaizdu, kad panešančiųjų spektrai nėra visiškai atskirti bet truputį persidengia. Priežastis kodėlinformacija perduodama panešančiaisiais vis dėlto gali būti atskirti yra vadinama ortogonalepriklausomybe, kuri ir davė pavadinimą metodui. Naudodami IFFT moduliacijos metu besąlygiškaiparenkami tarpai tarp panešančiųjų dažnių (parodytas rodyklėmis) taip, kad a apskaičiuojantpriimamą signalą visi kiti signalai būtų nuliai. Taigi, kad ortogonalumas būtų išlaikytas sekantysreikalavimai turi būti išlaikyti:

1. Imtuvas ir siųstuvas turi būti gerai sinchronizuoti. Tai reiškia, kad jie abu turi naudoti būtenttokį pat moduliavimo dažnį tuo pačiu laiko momentu.

2. Analoginė siųstuvo ir imtuvo dalys turi būti labai aukštos kokybės.3. Neturi būti daugiakrypčių kanalų

Kaip bebūtų keista, bet paskutinis reikalavimas, kad nebūtų daugiakrypčių kanalų, prieštarauja tamko buvo siekta, o būtent sukurti sistemą, patikimai veikiančią kai yra daugiakrypčių kanalų. Tačiauyra labai paprastas šios problemos sprendimas. OFDM simbolis dirbtinai prailginamas, periodiškaikartojant simbolio pabaigą ir perduodant ją simbolio pradžioje (3.18 pav.). Imtuve, tai vadinama„apsauginiu intervalu“ (guard interval) jis pašalinamas. Kai tik šis intervalas D pasidato ilgesnis užmaksimalų kanalo vėlinimą maxt visi prieš tai buvusių simbolių atspindžiai pašalinami irortogonalumas išsaugomas. Aišku tai ne už dyką, kadangi dėl apsauginio intervalo sutrumpėjanaudingas simbolio laikas uT , kuris naudojamas simbolio perdavimui. Taigi, įvertinus viską kasbuvo aprašyta, OFDM perduodamo signalo modelis daugiakrypčiu kanalu yra gan paprastas. Laikointervalu (time-slot) l ir panešančiuoju k yra sutrikdomas tik faktoriumi klH , , kuris yra kanalopanešančiojo dažnio perdavimo funkcija (cir (chanel impulse response) Furjė transformacija) supapildomu Gauso triukšmu n

nHaz klklkl +×= ,,, . (3.10)

Tai gali būti pašalinta paprasčiausiai padalinus iš klH , .

58

Taigi liko tik gerai susinchronizuoti imtuvą.

3.4.2 OFDM imtuvas DBV-T televizijai

3.4.2.1 Uždaviniai vidiniam imtuvui ir imtuvo struktūrai

Kaip anksčiau buvo minėta, sėkmingam skaitmeninio signalo perdavimui, reikia, kadimtuvas ir siųstuvas būtų susinchronizuoti. Tam reikia išspręsti sekančius uždavinius:

· Laikinė sinchronizacija (Timing synchronization): Imtuvas iš anksto nežino kuriuobūtent laiko momentu bus išsiųstas (ištransliuotas) simbolis ir kokio ilgio yra ryšiokanalo dispersija (sklidimo ir atspindžių laikas). Tad vienas svarbus uždavinys yraaptikti (nustatyti) priimamo OFDM simbolio pradžią. Tada būtų nustatyta laiko skalė irbūtų galima nustatyti apsauginio intervalo laiką reikalingą priėmimo tikslumui.

· Dažnių sinchronizacija (Frequency synchronization): Signalas (televizinio vaizdo)moduliuoja nešantįjį radijo dažnio signalą, kurio dažnis yra nustatomas tam tikrųstandartų. Todėl imtuvas „žino“ šį dažnį. Tačiau dėl radijo elektronikos elementųišsibarstymo, šio dažnio nustatymo tikslumas ir dažnio stabilumas yra nepakankami,todėl gaunama dažnio deviacija. Dažnio deviacija yra tiek imtuve tiek siųstuve todėlbendra deviacija gali būti per didelė geram signalo priėmimui. Todėl deviacija turi būtiišskaičiuota ir sukompensuota imtuve.

· Diskretizacijos dažnio sinchronizavimas (Sampling-clock synchronization): Signalasyra gaunamas naudojant FFT (Fast Furje Transformation) taip paverčiant jį analoginiusignalu, o atvirkštiniam vertimui reikia žinoti laiką tarp gretimų atskaitų. Imtuvedetektuotas signalas yra diskretizuojamas, kad vėliau naudoti skaitmeniniamapdorojimui. Todėl diskretizacijos laikas turi labai tiksliai atitikti, kad nepablogintikokybės. Galima diskretizacijos laiko deviacija tarp siųstuvo ir imtuvo turi būtiapskaičiuoti ir sukompensuota.

· Kanalų apskaičiavimas (Channel estimation): Jei siųstuve naudojama koherentinėsmoduliacijos schema (3.17 pav.), kuri nėra privaloma remiantis (3.10), kanaloperdavimo funkcijos turi būti apskaičiuotos ir sukompensuotos.

Imtuvo struktūra (3.19 pav.) suprojektuota taip kad galėtų apskaičiuoti ir kompensuotivisus reikalingus parametrus.

3.19 pav. Imtuvo struktūra DBV-T imtuvui

Papildomai, kad tuo pačiu supaprastinti užduotis ir vieno nešančiojo dažnio imtuvui pridėtos dvipapildomos užduotys:

59

· TPS nustatymas (TPS detection): Taip vadinami TPS (transmission parameter signaling)duomenys perduodami DVB-T , kad informuoti imtuvą apie moduliacijos būdą ir kodavimoschemą. Ši informacija perduodama specialiu panešančiuoju moduliuotu BPSK moduliacija.

· CPE nustatymas (CPE detection and correction): Bendras fazės nuokrypis (common phaseerror, CPE) atsiranda dėl to, kad moduliatoriuose ir demoduliatoriuose naudojami ne idealūsgeneratoriai. Vietoje to, kad generuotų idealiai stabilaus dažnio signalą, generatorių dažniailėtai kinta laike. Šis lėtas kitimas iššaukia papildomą OFDM signalo moduliaciją kuri turibūti apskaičiuota ir sukompensuota. Tiesa DBV-T imtuvuose ir siųstuvuose visai dėl kitųpriežasčių naudojami ypatingai stabilūs generatoriai, todėl CPE gali nekelti jokių problemų.

3.4.2.2 Kanalų apskaičiavimas

Kanalų apskaičiavimo (nustatymo) metodas siejamas su DBV-T langų struktūra ir kanalonustatymu interpoliacijos būdu. Pagrindinis kanalo nustatymo principas pavaizduotas (3.20 pav.).

3.20 pav. Kanalų nustatymo principas per interpoliaciją

Į OFDM duomenų srautą įterptas bandomasis simbolis (pažymėtas rodyklėmis) gali būtipanaudotas gauti išrankoms (samples) iš kanalo perdavimo funkcijos.

Kanalo reikšmės tarp išrankų gali būti gaunamos interpoliuojant. Bendru atveju reikiaatlikti dvimatę interpoliaciją. Šis uždavinys gali būti išplėstas iki interpoliacijos laiko ir dažniųsrityje. Svarbiausias uždavinys yra sukurti interpoliacijos filtrus. Abiems interpoliacijoms gali būtitaikoma Naikvisto teorema.

· Interpoliacija laike yra ribojama duomenų spartos dėl laiko intervalų kanale. Tai veikiaimtuvą ir sukelia nesukompensuotas sinchronizacijos klaidas. Didžiausias galimas trigdžiųjuostos plotis priklauso nuo bandomųjų signalų skaičiaus viename panešančiajame dažnyje.

· Dėl laiko ir dažnio dualumo interpoliacijos dažnis yra ribotas cir (chanel impulse response)dydžiu. Didžiausias galimas cir dydis priklauso ne vien nuo apsauginio intervalo laiko bet irnuo bandomųjų simbolių skaičiaus viename OFDM simbolyje. Jei naudojami fiksuoti filtraitariamai didžiausiai dispersijai gauti apsaugos intervalo ilgyje, gauname, kadf trumpiemsapsaugos intervalams gaunamas didelis tikslumas nei dideliems apsaugos intervalams.

60

Interpoliacijai dažnių srityje interpoliacinis filtras optimizuojamas naudojan Vynerio (Wiener)teoriją.

3.4.2.3 Imtuvo savybės

DBV-T imtuvui atitinkančiam Europs standartą ir veikiančiam 8k režime, kanalųapskaičiavimo rezultati pateikiami (3.21 pav.) paveiksle.

3.21 pav. Pasiekiamas našumas skirtingiems kanalo apskaičiavimams

Kaip matyti pasiekiamas našumas labai priklauso nuo pasiekiamos kanalo apskaičiavimo kokybės.Jis yra aukštesnis mažesniems cir reikšmėms. Našumo praradimas lyginant su idealaus kanaloapyksliai 0.5 dB mažiems apsauginiams intergalams ir iki 1.6 dB dideliems apsauginiamsintervalams.

61

Literatūra

1. http://www.wirelessrerc.gatech.edu/2. http://www.m-indya.com/3. http://www.bee.net/mhendry/vrml/library/cdma/cdma.htm