Классификация и структура систем беспроводного доступа

Реферат

Анцупов Иван Юрьевич. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ТЕХНИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ УПЛОТНЕНИЯ НЕСТАЦИОНАРНЫХ СИГНАЛОВ. Дипломная работа.

СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИЯ ПОЛНОСВЯЗНАЯ СЕТЬ, МЕТОДЫ РАЗДЕЛЕНИЯ КАНАЛОВ, МЕТОДЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КАНАЛОВ, МНОЖЕСТВЕННЫЙ СЛУЧАЙНЫЙ ДОСТУП, КОДОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ КАНАЛОВ.

Объект исследования - беспроводные сети передачи информации.

Цель работы - совершенствование учебно-методического комплекса дисциплины Радиотехнические системы

Результатом работы является рассмотрение двух вариантов построения систем с полносвязной структурой, которое показало, что при множественном случайном доступе система проще по реализации, но в ней возможны отказы в обслуживании, а при кодовом уплотнении данный недостаток отсутствует, но сложность построения выше.

 

Содержание

 

Введение

. Классификация и структура систем беспроводного доступа

Особенности развития беспроводных систем и сетей

Структура и типовое использование сетей БД

Классификация систем беспроводного доступа

Примеры радиолиний и сетей БД

. Анализ методов уплотнения и распределения каналов

Методы разделения каналов

Методы распределения каналов между абонентами

Классификация методов распределения каналов

. Многоканальные и многоадресные системы передачи информации со статическим уплотнением

Особенности использования шумоподобных сигналов

Принципы построения систем с расширенным спектром

Примеры шумоподобных сигналов

Принципы технической реализации синхронного уплотнения источников информации

. Пример системы сбора информации на основе использования кодового уплотнения

Математическая модель многоканальных систем связи с кодовым уплотнением каналов

Оценка влияния взаимных помех на эффективность многоканальной системы

Оценка эффективности систем радиохраны с ШПС

Оценка спектральной эффективности

Заключение

Список использованных источников

Введение

 

В последние годы наряду с интенсивным развитием всех средств передачи информации наблюдается бурный рост сетей беспроводной связи (доступа), называемых Wi-Fi, WiMAX, WiMAN, Bluetooth, ZigBee, DECT и др. Именно вопросам проектирования и эксплуатации данных сетей и посвящена предлагаемая книга.

Останавливаясь на содержании используемых понятий, целесообразно начать с определения термина «связь», так как в самой его трактовке существуют разногласия. Часто под радиосвязью понимают передачу только конкретных видов информации, например, голосовой, факсимильной и т.п. При этом радиовещание, передачу технологических данных, радиоуправление из радиосвязи выделяют.

Такой подход может быть отвергнут, поскольку противоречит Регламенту радиосвязи. В соответствии с ним (гл. 1 разд. 1 ст. 1) под радиосвязью понимается «...электросвязь, осуществляемая посредством радиоволн», а под электросвязью - «...любая передача, излучение или прием знаков, сигналов, письменного текста, изображений и звуков или сообщений любого рода с помощью проводной, оптической или других электромагнитных систем».

Попытаемся теперь с помощью соответствующих определений выделить исследуемый здесь класс систем беспроводного доступа (БД) из множества систем радиосвязи.

Дело в том, что термин «беспроводной» представляет собой всего лишь русский аналог термина «радио», так что он нисколько не характеризует особенности рассматриваемых систем. Беспроводными считаются все системы радиосвязи от созданных А.С. Поповым и Г. Маркони до современных разработок. Чтобы выделить интересующие нас объекты, воспользуемся термином «беспроводной доступ». Его происхождение восходит к представлению о том, что основой сетей дальней связи служат базовые или магистральные сети, оканчивающиеся узлами связи, расположенными в населенных пунктах. Задачи доведения этих сетей непосредственно до абонента (задачи «последней мили») решаются посредством специальных местных сетей связи, которые имеет смысл именовать сетями доступа.

Традиционно такие сети реализовывались как проводные (кабельные или волоконно-оптические). Достаточно указать, например, на сети городской телефонной связи (ГТС). В них подключение абонентов к АТС осуществляется с помощью абонентских кабельных линий связи. Проводные сети доступа имеют существенные недостатки, например, не решена проблема доведения канала связи до абонента для перемещающихся абонентов. К ним только приближена точка доступа к сети.

Чтобы воспользоваться услугами телефонной сети общего пользования на улице, абоненту не требуется идти на ближайшую АТС, достаточно позвонить с таксофона, подключенного к АТС местной сетью. Здесь именно абонент должен идти к средству связи, а не средство связи к абоненту. Таким образом, местные сети может быть и решают задачу «последней мили», однако не до конца. Помощь в этом вопросе оказывают средства БД.

Ясно, что проводные средства связи принципиально не могут полностью обеспечить решение задачи «последней мили» при связи с подвижными объектами, идет ли речь о контроле и управлении ими или о передаче на (от) них информации любого типа.

В тех случаях, когда задача «последней мили» все таки решена проводными средствами, она осложняется необходимостью прокладки многочисленных кабелей. Это относится к ситуациям, когда заранее не известно местонахождение источников и потребителей или оно может периодически меняться.

Это приводит к заметным экономическим и эстетическим потерям. Достаточно вспомнить, например, нарушения дизайна жилых помещений, вызванные прокладкой многочисленных кабелей телефонной связи и Интернета, а также фидерами разводки телевизионных антенн. Кроме того, дизайн нарушается при многократных перекладках упомянутых сетей при изменениях размещения оборудования отдельных помещений и т.п. В последние годы широкое распространение получили системы БД, предназначенные для связи на весьма малые расстояния от нескольких сантиметров или десятков сантиметров (радиосоединение между телефонной гарнитурой и сотовым телефонным аппаратом или между медицинским зондом, введенным пациенту, и внешним контролирующим прибором). Несколько большие расстояния «перекрывают» радиомикрофоны дикторов, телевизионных ведущих и эстрадных исполнителей.

Системы БД, служащие для радиосвязи на малые расстояния, иногда по аналогии с системами «последней мили» называют системами «последнего дюйма».

Кроме сетей, решающих задачу «последней мили», к системам БД относятся локальные системы радиосвязи, обеспечивающие связь между сравнительно компактно расположенными объектами мониторинга и устройствами управления ими, например, сеть сбора технологической информации и управления технологическими процессами с единого пульта управления крупного завода, сеть внутриофисной телефонной связи сотрудников или единая сеть управления домашней электроникой.

Широко известны локальные вычислительные сети (ЛВС), объединяющие ряд компьютеров на предприятии. Все больше локальные сети используются в банках, на складах, предприятиях торговли для контроля наличия товаров, смены цен и т.д. Характерным для таких систем является обеспечение доступа множества отдельных источников информации к некоторым узлам ее сбора (мониторинг) или наоборот, узлов к многочисленным объектам (управление).

Цель работы: совершенствование учебно-методического комплекса дисциплины Радиотехнические системы

Перечень задач, подлежащих разработке

.   Обоснование необходимости передачи нестационарных сообщений

.   Анализ принципов технической реализации и эффективности временного уплотнения нестационарных источников

.   Анализ принципов технической реализации и эффективости кодового уплотнения нестационарных источников

.   Анализ эффективности кодового уплотнения нестационарных источников.

 

Таблица 1- Системы БД и их основные характеристики

Условное наименование системы	Стандарты	Типовое назначение	Рабочие частоты, ГГц	Полоса частот канала, МГц	Максимальная скорость передачи, Мбит/с	Подвижность AT	Способ предоставления каналов абонентам	Максимальная мощность передатчика AT, мВт
Wi-Fi	IEEE 802.11	Локальные сети	2,4-2,4835; 5,15-5,35; 5,725-5,825	22	1 или 2	Полустационарные	Централизованный по запросу абонента	40 в диапазоне 2 ГГц, 200 в диапазоне 5,5 ГГц
	802.11,b			22	5,5 или 11
	802.11g			22	22 или 33
	802.11n			20	54
	802.11a		5,15-5,35;	20	54
WiMAX	IEEE 802.16	Городские сети		20;25;28	32-134	Полустационарные	Централизованный, по запросу абонента	250
	802.16-2004		2-11	1,25-20	1-75
	802.16e-2005		2-11 (ФС), 2-6 (ПС)	1,25-20	1-75	До 120 км/час
DECT	ETS300 175, 176	Микросотовые сети	1,88-1,90	1,728	0,032	Полустационарные	Выбирается AT	250
Высоко скоростные ССС	CDMA 2000, UMTS	Персональные сети	1920-1980; 2110-2170;*	1,25; 5	ПН-2,0; ОН-0,15; 0,384(UMTS)	До 120 км/час при двухкрат. снижении скор. ПРД	Централизованный или автономный конкурентный	250
	HSDPA/HSUPA'			До 5	ПН-14,4; ОН-5,8
Bluetooth	IEEE 802.15.1	Сети малого радиуса действия	2402-2483; 0,902-0,928.	1 или 2 или 3				1 (типовая)
ZigBee	IEEE 802.15.4		2,40-2,48	2	0,25
			0,902-0,928	2	0,04
			0,8680-0,8686	0,6	0,02

 

Примеры радиолиний и сетей БД

 

Состав и структура сетей.В состав радиостанции (PC) для сетей БД входят радиомодем, антенна и устройство первичного электропитания (рис. 1.1). В сетях БД под радиомодемом понимают блок, включающий приемник и передатчик для поддержания двусторонней радиосвязи.

 

Рисунок 1Типовая структура PC

 

В конкретной реализации антенна и устройство питания могут встраиваться в радиомодем, а сам радиомодем может выполняться в виде, пригодном для применения в составе компьютера.

В зависимости от потребностей того или иного потребителя из PC могут создаваться радиолинии различной конфигурации. Типовые конфигурации представлены на рис. 1.2. Направление передачи показано стрелками

 

Рисунок 2 Типовые конфигурации сетей: а - «точка-точка» (дуплекс), б- «точка-многоточка» (дуплекс), в - «точка-многоточка» (симплекс)

 

Каждая радиолиния может быть одноканальной или многоканальной. В последнем случае в радиомодемы встраиваются соответствующие мультиплексоры.

Радиомодемы по скорости передачи информации можно разделить на высоко- и низкоскоростные. Низкоскоростные устройства излучают сигнал с шириной спектра 15-100 кГц и работают в диапазоне 150-800 МГц. Высокоскоростные радиомодемы занимают более широкий спектр и работают на частотах в пределах 0,9-5,7 ГГц. Излучаемая мощность может находиться в пределах от 1 до 800 мВт.

Низкоскоростные радиомодемы, используемые для передачи данных, имеют обычно шаг сетки рабочих частот не более 25 кГц и используются для надежного обмена информацией ограниченного объема. Радиосредства предназначены для обеспечения надежной транспортной среды при организации автоматизированных систем управления технологическими процессами, автоматизированных систем коммерческого учета электроэнергии, систем определения местоположения подвижных объектов и т.д. Радиомодемы используются в сетях передачи данных:

на промышленных предприятиях;

для обеспечения безопасности помещений и личности, осуществления охранной и пожарной сигнализации;

в системах контроля состояния окружающей среды;

на предприятиях топливно-энергетического комплекса;

в нефте- и газодобывающей промышленности для сбора, обработки, накопления и хранения данных об объемах производства и дистанционного управления объектами;

на нефте-, газо- и водопроводах для контроля потоков, дистанционного управления насосными станциями и аварийного их отключения;

в городских службах ЖКХ;

на горнодобывающих предприятиях;

для автоматизированного управления, например, на железнодорожном транспорте;

в транспортных организациях;

в системах позиционирования (GPS, ГЛОНАСС).

Радиомодемы обеспечивают:

· передачу дискретной информации в дуплексном или симплексном режиме;

· работу на радионаправлении (связь «точка-точка») и в радиосети (многоточечное соединение);

· передачу дискретной информации на скорости от 1 до 50 кбит/с;

· передачу дискретной информации на расстояние 1-10 км и более в зависимости от трассы связи и используемого оборудования;

· автоматическую защиту от ошибок передаваемой в радиоканале информации и автоматический запрос повторной передачи неправильно принятой части сообщения;

· автоматическую ретрансляцию адресных сообщений в соответствии с маршрутом, содержащимся в передаваемом сообщении.

Ниже в качестве примеров описаны некоторые простейшие реализованные системы БД. Выбраны системы, радиомодемы для которых производятся серийно, иногда мелкими сериями. Номенклатура и поставщики такого оборудования приведены в гл. 18. Принятые ниже наименования описываемых систем выбраны условно исходя из типовых применений. Возможно их использование и для решения других аналогичных задач.

Передача сигнала тревоги.Система радиальной передачи сигнала тревоги (см. рис. 1.2, в) состоит из передатчика, который при необходимости включается и начинает излучать радиосигнал, и множества приемников, реагирующих на появление этого сигнала выдачей конкретной кодовой комбинации. Предусматривается также возможность низкоскоростной (до 2 кбит/с) симплексной циркулярной передачи информации. Рабочая частота сети фиксирована в диапазоне 200-450 МГц. Мониторинг и управление на малых расстояниях.Промышленностью выпускаются специальные комплекты микросхем, позволяющие создавать приемники и передатчики для обеспечения БД на расстоянии до 100 м с передачей информации на скоростях несколько кбит/с или порядка 100 кбит/с. Комплект включает также микроконтроллер, предназначенный для применения в составе радиолиний. С комплектом поставляется полная конструкторская документация, позволяющая элементарными средствами формировать из модулей комплекта приемники и передатчики радиолиний с требуемыми характеристиками. Выпускаются модули для работы в диапазонах 300-470 и 800-1000 МГц. Определяющей особенностью такого комплекта является его весьма низкая цена - типовой комплект модулей стоит примерно 30 евро.

Создаваемые радиолинии могут использоваться для передачи информации от простых датчиков, датчиков, содержащих встроенные микроконтроллеры, а также для создания беспроводных клавиатур, обеспечивающих дистанционное управление различными объектами.

Радиоуправление и мониторинг на средних расстояниях.Речь идет о создании сетей БД для сбора телеметрических данных и управления на расстоянии несколько километров. Для этой цели отечественными производителями разработан ряд радиомодемов в диапазоне 433 МГц. Работа в данном диапазоне обосновывается, кроме технических причин, и тем немаловажным обстоятельством, что действующий в нашей стране порядок распределения рабочих частот допускает их использование на безлицензионной основе. Последнее, конечно, не исключает необходимости сертификации оборудования.

В рассматриваемом варианте, по сравнению с описанными выше, увеличение дальности связи достигается не только ограничением скорости передачи информации до десятков кбит/с (в отдельных случаях до 100 кбит/с), но и за счет более сложных технических решений, включая помехоустойчивое кодирование информации.

Низкоскоростные радиорелейные станции (РРС).Такие РРС широко применяются для создания линий малоканальной телефонной связи и передачи данных в трудно доступных сельских районах, телефонизации сел, коттеджных поселков, вынесенных зон нового строительства и т.п. РРСобеспечивают передачу информации со скоростью от 256 до 2048 кбит/с при протяженности интервала ретрансляции порядка 50 км. Они работают на частотах не более 1 ГГц.

Оборудование включает встроенные системы уплотнения каналов (мультиплексоры) и соответствующее оборудование канальных окончаний, так что оконечное абонентское оборудование (например, телефонные аппараты) может подключаться к РРС непосредственно. Наряду с компактностью, РРС обеспечивают возможность оперативного, в течение одного или нескольких дней, развертывания соответствующих сетей связи.

Сбор данных с объектов магистральных нефтегазопроводов.Сеть сбора данных включает одну базовую станцию (БС) и несколько абонентских терминалов фиксированной службы (АТФС), размещенных вдоль нефтегазопровода. Сеть работает в диапазоне частот 400 МГц и обеспечивает суммарную скорость передачи в прямом направлении (от БС к ATM) 2048 кбит/с и такую же в обратном направлении. Предусмотрено гибкое распределение пропускной способности между отдельными АТФС. Радиус зоны обслуживания - до 25 км.

Для случая, когда пункт сбора данных расположен на большом расстоянии от БС, предусматривается сопряжение оборудования с каналами магистральных радиорелейных линий, проложенных вдоль трубопроводов. Это обеспечивает возможность выноса пункта сбора данных на неограниченное расстояние от контролируемого участка.

В сети используются различные контрольные датчики. В частности, это могут быть камеры видеонаблюдения. В общем случае на каждом контрольном пункте есть коммутатор, последовательно подключающий к АТФС различные датчики линейной телемеханики и одну или несколько камер видеонаблюдения (последние подключаются через видеосервер). При необходимости с каждого контрольного пункта может быть организована связь эксплуатационного или ремонтного персонала с помощью 1Р-телефонии.

Высокоскоростной доступ «точка-точка»(см. рис. 1.2, а). Часто развивающиеся предприятия нуждаются в расширении собственной сети связи за счет соединения главного офиса с далеко расположенными службами или производствами. При этом требуется передавать не только голосовые сообщения, но и большой объем данных. Нередко такая необходимость возникает у малых и средних предприятий, так как потребности в качественных коммуникациях в значительной мере определяются не только размерами производства, но и его характером. В связи с этим технические решения должны быть экономичными и вместе с тем обеспечивать услуги достаточно высокого качества. Практика показывает, что для подобных задач БД является эффективной альтернативой.

Соответствующее решение предлагается израильской компанией RedWin Ltd в виде семейства продуктов WinLink 1000. Последние представляют собой оборудование для магистральной линии высокоскоростной связи. Скорость передачи - до 48 Мбит/с, дальность - до 80 км. Передача ведется в одном из следующих диапазонов: 2,4; 2,5; 4,9 и 5,9 ГГц, причем создаются каналы Е1 и Ethernet.

Значительная часть потребителей оборудования WinLink 1000 - операторы сотовых сетей, провайдеры телекоммуникационных услуг, например, сетей Wi-Fi, Интернет-провайдеры и т.п. Сети WinLink 1000 используются в качестве транспортных магистральных сечей и применяются также в сетях связи вооруженных сил, государственной безопасности, коммунальных структур и др. более чем в 100 странах, включая Россию.

Функциональные дополнения к навигационным системам GPS/Глонасс.В последнее десятилетие все большее распространение находят приборы для определения географических координат объектов, использующие сигналы специальных навигационных спутников GPS и ГЛОНАСС. Такие приборы находят широкое бытовое (например, автомобильные навигаторы) и профессиональное применение (на транспорте, включая кораблевождение и самолетовождение, в системах посадки самолетов, в геологоразведке, картографии и т.п.). В случаях, когда точность, обеспечиваемая системой без принятия дополнительных специальных мер, оказывается недостаточной, используется оборудование, называемое функциональным дополнением к спутниковым навигационным системам (ФДСНС). С его помощью решается задача коррекции регулярных сильно коррелированных ошибок навигации. Соответствующие поправки регистрируется достаточно сложными региональными контрольно-корректирующими станциями (ККС) и транслируются по специальным сетям БД всем заинтересованным пользователям региона. Такие сети имеют простую структуру и осуществляют симплексную передачу поправок с низкой скоростью (примерно несколько сотен бит/с) в низкочастотном диапазоне (около 300 кГц).

Сети на программируемых радиомодемах.В борьбе за расширение рынка сбыта выпускаемых устройств для БД производители используют различные подходы и приемы. Одним из них является создание встраиваемых в другое оборудование программируемых модулей. Соответствующее программирование позволяет пользователю реализовывать выбранную им сетевую архитектуру исходя из специфики своих нужд. Конечно, структура и характеристики модуля в известной мере ограничивают возможности выбора архитектуры. Поэтому поставщики таких модулей одновременно поставляют и программно-аппаратные средства для разработки и загрузки соответствующего программного обеспечения.

Примером таких модулей служат одноплатные радиомодемы RWD-433. Их основу составляют однокристальные приемопередатчики, работающие в полосе частот 430-435 МГц при скорости передачи информации до 50 кбит/с. Модули содержат встроенный микроконтроллер. Как правило, сети, включающие такие микроконтроллеры, используются внутри зданий и сооружений в системах сбора данных, промышленной автоматики, пожарно-охранной сигнализации, в системах «умный дом» и т.п.

Сети, имеющие простую структуру, могут быть сформированы на базе встроенных в модули протоколов, поддерживающих варианты структур сети «точка-точка» и «звезда».

беспроводной доступ канал уплотнение

Методы разделения каналов

 

В системах радиодоступа, как и во всех системах радиосвязи, остро стоит вопрос эффективного использования доступных ресурсов, в частности, выделенной полосы частот ∆F, пропускной способности сети, энергетических, материальных и финансовых ресурсов. Как ни странно, все перечисленные ресурсы взаимозависимы и определяются техническими характеристиками оборудования систем радиодоступа. Важнейшую роль в обеспечении эффективности доступных радиоресурсов играют методы их распределения между всеми абонентскими станциями, входящими в систему. Под радиоресурсом понимают доступные для передачи полосы частот и временные интервалы.

Основными способами распределения радиоресурса являются частотное разделение, временное разделение, кодовое разделение, пространственное разделение, поляризационное разделение и разделение, использующее их комбинации.

Эффективность методов разделения каналов оценивают количеством одновременно действующих абонентов N_a и степенью использования пропускной способности

 

 (1)

 

где с - пропускная способность БС при N_a =1; с_i - пропускная способность i-й АС.

Частотное разделение каналов. При частотном разделении каналов (FDMA) пользователи распределяются по доступному диапазону, число частот постоянно, т.е. за каждой абонентской станцией закрепляется свой частотный канал. В полосе частот могут одновременно передавать сигналы несколько АС с разносом по частоте (рис. 3)

 

Рисунок 3. Принцип частотного разделения каналов

 

Число пользователей на одну базовую станцию (сектор) рассчитывается как

 

 (2)

 

где ∆f_k - полоса частот, занимаемая полезным сигналом, нормируется по уровню -20 дБ от максимального значения спектральной плотности; ∆f₃ - защитный интервал, служащий для снижения уровня помех но соседнему каналу до допустимого значения.

Эффективность использования полосы частот, т.е. увеличение числа одновременно действующих абонентов при фиксированной скорости передачи в абонентском канале может быть повышена за счет совершенствования методов модуляции и уменьшения благодаря этому необходимой полосы частот для одного канала. Например, переход от сигналом BRSК к сигналам GMSK с ВТ = 0,5 дает выигрыш в несколько раз. Однако существуют принципиальные ограничения по уменьшению занимаемой полосы частот. Основное преимущество технологии FDMA - простота оборудования, например по отношению к TDMA. При использовании FDMA не требуется синхронизация между каналами, так как каждый канал независим от остальных.

Наиболее важное ограничение FDMA - невозможность увеличения количества абонентских станций больше чем N_аб .

Временное уплотнение (ТDМА). Тот же радиоресурс можно распределить между АС, выделяя каждой из них всю полосу частот на ограниченный интервал времени Т_к. Между интервалами Т_к присутствуют защитные интервалы Т₃, которые служат для снижения до допустимого уровня помех от соседнего временного канала (рис. 4, а).

 

Рисунок 4. Принцип временного (а) и частотно-временного (б) разделения каналов

 

Общее число абонентов для TDMA схемы определяется выражением

 

N_аб=T/(T_к+T₃) (3)

 

Комбинированный частотно-временной способБолее общим способом разделения каналов является комбинированный частотно-временной способ(рис. 4, б). В этой ситуации АС может передавать информацию только в выделенной ему полосе частот и в пределах его интервала времени(DECT).

Способы FDMA и TDMA обеспечивают одинаковую скорость передачи при равном числе АС. Задержка передачи для FDMA равна задержке распространения Т_р радиоволны от АС к БС, а для TDMA - к задержке распространения добавляется время ожидания передачиТ_ож:

 

(4)

 

Ортогональное частотное разделение. Второе дыхание методов частотного разделения каналов открылось в связи с появлением ортогонального частотного разделения (OFDMА), которое позволяет реализовать потенциальные характеристики за счет ортогональности подканалов. По своим характеристикам метод OFDMA аналогичен методам CDMA.

Метод кодового разделения каналов (CDMA) представляется практическим приложением сигналов с расширенным спектром.(3 раздел)

Дальнейшее повышение эффективности применения частотно-территориального ресурса связано с повторным использованием частот благодаря методам пространственного и поляризационного разделения каналов (SDMA и PDMA), которые реализуются за счет свойств антенных систем

Пространственные методы разделения каналов.Пространственные методы разделения каналов реализуют направленные свойства антенн и их способность раздельного приема сигналов, действующих в общей полосе частот в одно и то же время при приходе с разных направлений (рис. 7).

 

Рисунок 5. Принцип пространственного разделения каналов

 

Направление прихода сигнала θ_i определяет амплитудно-фазовое распределение Ь_с(θ_i) на поверхности антенны. Отклик на принимаемый сигнал отражается выражением

 

J = ∫_Lb_c(θi)b_A(θ)dL, (9)

 

где L - поверхность антенны; b_А(θ) - амплитудно-фазовое распределение антенны. Если функции b_с(θ_i) и ортогональны, то J= 0. Поэтому принят будет только сигнал, АФР которого согласовано с АФР антенны.

Традиционные антенные системы позволяют переиспользовать частоты (разделять каналы по направлению прихода) посредством направленных антенн, разделяя круговую зону обслуживания на К секторов с шириной диаграммы направленности ∆θ = 360°/К..

Дальнейшее применение и развитие методов пространственного разделения каналов основано на способах адаптивной пространственно-временной обработки сигналов. Адаптивные методы позволяют подстраивать характеристики антенных систем так, чтобы обеспечить максимальную эффективность использования радиоресурса. Результаты исследований но проектам MIMO (много входов много выходов). BLAST показывают, что возможно увеличение суммарной пропускной способности пропорционально числу элементов антенной системы. Применение адаптивных антенн дает дополнительные преимущества, такие как борьба с замираниями, улучшение энергетики радиолинии, снижение уровня помех и обеспечение требуемого уровня ЭМС, устранение влияния мешающих сигналов от других сетей и РЭС, функционирующих в полосе частот сети радиодоступа и др.

Разделение каналов по поляризации.Разделение каналов по поляризации (PDMA) использует две ортогональные поляризации сигналов, например, вертикальную и горизонтальную, либо круговые с противоположными направлениями вращения. Поэтому PDMA позволяет разделить не более двух каналов по поляризации в общем случае не ортогональных за счет адаптивных методов поляризационной обработки.

В общем случае максимальный эффект дают комбинированные методы разделения каналов, использующие все физические признаки радиосигналов, такие как частота, время, пространство и поляризация.

 

Примеры шумоподобных сигналов

 

В настоящее время усиленно разрабатываются методы синтеза сигналов с заданными автокорреляционными и взаимокорреляционными свойствами. Если рассматривать последовательности из n импульсов прямоугольной формы, которые могут принимать значения ±1, то простым перебором можно найти такие последовательности.

 

Таблица 9.1- Сигналы Баркера и их АКФ

N	Номер импульса	Максимум нормированного модуля АКФ
		Основной	Дополнительный
2	1,-1	1	½
3	1,1,-1	1	1/3
4	1,1,-1,1	1	¼
4	1,1,1,-1	1	¼
5	1,1,1,-1,1	1	1/5
7	1,1,1,-1,-1,1,-1	1	1/7
11	1,-1,1,1,-1,1,1, 1,-1,-1,-1	1	1/11
13	1,1,1,1,1,-1,-1, 1,1,-1,1,-1,1	1	1/13

 

Последовательности Баркера имеют близкую к идеальной форме автокорреляционную функцию: абсолютное значение боковых лепестков не превышает 1/n основного. На рисунке 11а приведены последовательность (называемая также кодом) Баркера для n =11 и ее автокорреляционная функция (рисунок 11, б).

 

Рисунок 11 Реализация последовательности Баркера (а) и ее автокорреляционная функция (б)

 

Прием последовательности s₁(t) ("адрес" первого канала) рис. 9.10, а выполняется согласованным трансверсальным фильтром рис. 9.11.

Рисунок 12 Согласованный фильтр для последовательности Баркера

 

Импульсы последовательности Баркера с числом знаков n=11 поступают сначала на фильтр СФ_пи, согласованный с прямоугольным импульсом (см. $ 5.7), а затем в линию задержки (ЛЗ), имеющую отводы через промежутки D, далее на фазоинверсные (-) и фазосохраняющие (+) каскады с одинаковыми коэффициентами передачи, схему суммирования и решающее устройство РУ.

Фазоинверсные и фазосохраняющие каскады включены в порядке, соответствующем обратному порядку чередования биполярных импульсов n-последовательности (рис. 9.10, а): число этих каскадов равно числу элементов последовательности. Первый каскад включен до линии задержки, последний - на ее конце. При приеме n-последовательность продвигается по ЛЗ, и в момент, когда все импульсы совпадут по знаку с весами, включенными между отводами ЛЗ и суммирующим устройством, все импульсы сложатся синфазно, на выходе РУ появится наибольший импульс - согласованный фильтр зафиксирует адрес 1-го канала. При всех других сдвигах суммирование производится не в фазе (с разными знаками), и на выходе РУ появляются уровни, не превышающие по модулю 1/n от максимального значения.

Поскольку функции взаимной корреляции между последовательностями имеют наибольшее значения, не превышающее 1/n, то последовательность адреса чужого канала не может вызвать ложного срабатывания решающего устройства 1-го канала.

Исследования показывают, что последовательностей с "остатками" величины 1/n для n > 13 не существует. Поэтому для больших n приходится довольствоваться последовательностями, имеющими "остатки" большие, чем 1/n.

Несколько худшие автокорреляционные свойства по сравнению с баркеровскими последовательностями, но все же достаточно подходящие для использования в качестве адресных сигналов имеют линейные рекуррентные M- последовательности (ЛРП) или, как их еще называют, линейные последовательности сдвигового регистра максимальной длительности. Для ЛРП отношение главного максимума к максимальному боковому лепестку автокорреляционной функции растет приближенно как Ön, где n - число импульсов в последовательности.

Линейные рекуррентные последовательности обладают свойством хаотичности, которое заключается в следующем. Если из периода ЛПР, содержащего n = 2^m - 1 членов, выбрать возможные отрезки m членов в каждом, то, во-первых, среди этих отрезков не будет совпадающих и, во-вторых, среди них найдутся любые комбинации из +1 и -1, состоящие из m членов (кроме запрещенной комбинации, состоящей только из +1). Эти свойства сходны со свойствами случайных биполярных последовательностей; поэтому ЛРП часто называют псевдослучайными или шумоподобными последовательностями.

 

Пример системы сбора информации на основе использования кодового уплотнения

Заключение

 

Достоинствами беспроводных систем связи являются их относительно низкая стоимость, быстрота развертывания и высокая мобильность, высокая структурная надежность.

Беспроводные системы незаменимы при строительстве газопроводов, атомных электростанций и других масштабных объектов, в случаях устранения последствий стихийных бедствий и аварий, в сельском хозяйстве, где строить сотовые системы экономически невыгодно.

При этом в отличие от одноканальных систем в многоканальных системах сжатие данных, как правило, производят за счет эффективной процедуры уплотнения источников информации. Наиболее целесообразными способами уплотнения являются адаптивный временной или кодовый, учитывающие статистику передаваемых данных.