Коньшин C.В. Закижан З.З. Краткий конспект лекции по Беспроводным технологиям связи на казахском языке - файл n1.doc

Коньшин C.В. Закижан З.З. Краткий конспект лекции по Беспроводным технологиям связи на казахском языке
скачать (240.1 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc730kb.07.11.2009 23:03скачать

n1.doc








Телекоммуникациялық жүйелер кафедрасы


СЫМСЫЗ БАЙЛАНЫС ТЕХНОЛОГИЯЛАРЫ
050719 – Радиотехника, электроника және телекоммуникация мамандығының студенттеріне арналған лекциялар конспекті

Алматы 2006


ҚҰРАСТЫРУШЫЛАР: C.В. Коньшин. З.З. Закижан. Сымсыз байланыс технологиялары. 050719 – Радиотехника, электроника және телекоммуникация мамандығының студенттеріне арналған лекциялар конспекті. – Алматы: АЭжБИ, 2006.- 39 б.

Бұл әдістеме 050719 – Радиотехника, электроника және телекоммуникация мамандығының барлық оқу түрі студенттеріне арналған.

Лекциялар конспектінде сымсыз байланыс жүйелерінің сипаттамасы, қолданылатын стандарттар мен аспаптардың негізгі мінездемелері, сонымен қатар сымсыз байланыстың теориялық негіздері қарастырылады. Сымсыз байланыс технологияларын зерттегеннен кейін студент білуі қажет барлық сұрақтар толығымен қамтылады.
Ил. 5, библиогр. - 15 назв.

Рецензент: техн. ғылым канд., доц. Г.Г. Сабдыкеева
Алматы энергетика және байланыс институтының 2006 ж. арналған шығару жобасы бойынша басылады.
 Алматы энергетика және байланыс институты, 2006 ж.

Кіріспе
Әлемде сымсыз байланыс технологиялары шапшаң екпіндермен дамиды, берілетін қызметтердің көлемі мен сапалығы толассыз кеңееді, бұқаралық, арзан (общедоступный) және жеке пайдаланушының қажеттілігіне лайықтанады. Жаңа мүмкіндіктердің қазіргі желілердің жетілдіруі мен үшінші ұрпақты жылжымалы байланыс стандарттарының базасында құрастырылған глобалдық желілік инфраструктурасымен байланысты жаңа техникалық шешулер нәтижесінде орындалады.

Сымсыз байланыс нарығының сауалын революциялайтын жаңа өңдеулердің енгізуі және жаңа қолданулар санының әрдайым өсуі қосымша сыймдылық пен радиожиіліктердің диапазондарының жаңа иеленуіне төтенше қажеттіліктерге әкеп соғады.

Құрлықтық сымсыз байланыстың алғашқы тәжірибелері 20-шы жылдардың басында Детройте болды.

30-шы жылдардың басында алғашқы екіжақты сымсыз байланыс жүйесі Нью-Джерси штатының Бейонна қаласында полиция департаментімен енгізілді. Арбиған радиожабдық жай автомобильдің жүк салғышының көп бөлігін алып жатты. Дәл осы уақытта операторлар алғаш рет радиотолқындардың жылжымалы байланыс шарттарында таралу қыңырықтарымен кездесті. Тәжірибелер нәтижесі бойынша бұл проблемалар жарым-жарты қабылдағыштың қозғалуымен және берілу трассасының құбылмалық табиғатына байланысты.

30-шы жылдардың ортасына дейін барлық жылжымалы радиостанциялар амплитудалық модуляцияны қолданды (АМ). 30-шы жылдардың аяғында Коннектикут штатының полиция департаменті алғашқы екіжақты жиіліктік модуляциялы (ЖМ) жылжымалы радиобайланыс жүйесін енгізді, бұл байланыс жылжымалы радиоберілу сигналының спецификалық таралу шартына қалыпты болды. 1940 жылға орай Құрама Штаттарының барлық дерлік полициялық жүйелері ЖМ көшті.

Екінші дүниежүзілік соғыстың соңы комерциялық аренадағы сымсыз байланыс экспансиясымен сәйкес келді. Сауал үлкен болды және көп кешікпей спектрдің хроникалық асыла тиелгендігінің белгілері пайда болды. Техникалық жетілдірулер екі басты мақсатқа жетуіне көзделген: арналардың жарылуы көмегімен берілу жиілік жолағының азаю және автоматтық транкингтық жүйелердің немесе мультиплексиялауы бар жүйелерді енгізу.

1948 ж. Индиана штатының Ричмонд қаласында алғаш толық автоматтандырылған жылжымалы телефондық байланыс жүйесі эксплуатацияға енгізілді. Екінші дүниежүзілік соғысының соңы мен 60-шы жылдардың арасындағы уақытта аналогтық ЖМ жүйелердің спектралдық нәтижелігі төрт есе өсті.

1978 ж. бастап әлемде аналогтық ұялық жүйелердің эксплуатациясы басталды, ал 1992 ж. Еуропада сандық ұялық байланыс GSM істей бастады.

2005 жылдың аяғында Қазақстанда 4 ұялық байланыс операторы бар болды.

GSM-900 стандартты алғашқы ұялық байланыстың операторы "GSM Казахстан" компаниясының «K-cell» сауда белгісімен коммерциялық бастауы 1999 жылдың 6 ақпанында болды. Компанияның тағы бар сауда белгісі "Activ" карталық байланыстың жіберілуі 1999 жылдың 9 қыркүйекте болды.

"КаР-Тел" компаниясы – GSM-900 стандартты екінші операторы, оның нарықтағы сауда белгілері "K-mobile", "EXCESS" және "Beеline". "K-mobile" 1999 жылдан бастап істейді.

Қазақстандық "Алтел" компаниясы CDMA2000 1X стандартында жұмыс істейді. 1994 жылы "Алтел" ұялық байланыстың алғашқы қазақстандық операторы болды, ол қызметті AMPS аналогтық стандартта көрсетті.

Сонымен қатар "Алтел" компаниясы prepaid-брендтің коммерциялық эксплуатациясын жүзеге асырады (ТОО "Телеком Сервис") – "PAThWORD". Ол CDMA2000 1X стандартты, карталық жүйеде қызмет көрсетеді.

"Сымсыз байланыс технологиясы" тәртібі профильдік тәртіптер циклнің міндетті сабағы болып келеді. Курс мақсаты – студенттерді ұйымдастыру принциптері және сымсыз байланыс технологияларын оқыту (СБ), арналарды бөлу әдістерін көрсету; оптикалық және радиобайланысты қолдана отырып сигналдарды кеңіту әдістеріне, СБ жүйелерін құрудың техникалық концепцияларына үйрету; спектрі кеңейтілетін жүйелерді, сонымен қатар сымсыз локалдық желілерді құрастыру принциптерін қарастыру.

Тәртіпті зерттеу нәтижесінде студент тиісті:

– СБ технологияларының дамуының тенденциялары туралы, арнаның сапалық көрсеткіші, энергетикалық сипаттамалары, жиілік жолағы мен қуатының нәтижелі қолдануының көрсеткіші, экономикалық көрсеткіштер арасындағы байланысты анықтайтын заңдылықтар туралы ұсыну болу қажет;

– СБ жүйелерді құрудың техникалық концепциясын, радиоарналардың негізгі сипаттамаларды және осы сипаттамаларды анықтау әдістерін, СБ жүйелерінің энергетикалық сипаттамаларын және желілердің техникалық сипаттамаларын санаудың негізгі әдістерін, СБ орталықтарының тағайындау мен функционалдық сұлбаларын, желілік басқару жүйесін құру принциптері, көпстанциялық рұқсат ету әдістері мен оның қолдану облысы, СБ жүйелерінің стандарттарының техникалық сипаттамалары, сигналдарды кеңіту әдістері, спектрі кеңейтілетін жүйенің құрылымдық сұлбасы, арналардың негізгі сипаттамаларынын өлшеу әдістерін, құрал мен жүйелер, сымсыз локалдық жүйелерді құру принциптерін білу қажет.

– жабдықтардың келесі негізгі энергетикалық сипаттамаларын бағалау және таңдау білу: ұяшық радиусын, қабылдағыштың сезгіштігі және т.б., СБ трассаның нақты сипаттамаларына және арналардың сапасы нормалардан аралап шыға, берілген жерге берілген СБ жүйесің стандартына сәйкес жиілікті-жергілікті жобаны құрастыру, СБ желісінің архитектурасын нәтижеліктің комплекстік критериялары бойынша оптимизациялау.
Дәріс 1. Сымсыз байланыс жүйелері. Дара радиобайланыс.
Соңғы жылдары телекоммуникациялық радиожүйелердің дамуы көшкін түрінде болады. Әсіресе бұл жылжымалы жүйелерге қатысты. Қазір кең таралым алған әлемде арналарды уақыттық, жиіліктік және кодтық бөлудегі мобильді жүйелер эксплуатацияланады (ұялы байланыстың AMPS, GSM, CDMA, транкингтік EDACS, MPT1327 және т.б. стандарттар). Және де жылжымалы телекоммуникациялық радиожүйелер қызметінің пайдаланушылары әрдайым өсіп жатыр. Бұл пайдаланушылық терминалдың және қызмет ету тарифтер бағасының күрт төсуімен байланысты.

Бірақ, бұл жүйелер бір-бірімен сәйкес келмейді және пайдаланушы әртүрлі жағдайда әртүрлі терминалдарды қолдануға міндетті (ұялық, пикоұялық DECT, транкингтік, спутниктік, пейджер). Сонымен қатар глобалдық роумингті қамтамас ете алмайтын әртүрлі мемлекеттерде әртүрлі сымсыз радиобайланыс стандарттары қолданылады.

Сымсыз байланыс жүйелері келесі белгілер бойынша классификацияланады:

а) ұрпақ бойынша:

  1. бірінші ұрпақтық аналогтық;

  2. екінші ұрпақтық сандық;

  3. үшінші ұрпақты әмбебап;

  4. төртінші ұрпақты кеңжолақты мультимедиалық;

б) тағайындауы бойынша:

  1. ұялық;

  2. пикоұялық (сымсыз телефондық);

  3. транкингтық;

  4. спутниктық;

  5. оптикалық;

  6. пейджингтік;

в) көпстанциялық рұқсат ету әдістері бойынша:

  1. арналарды жиіліктік бөлу арқылы FDMA;

  2. арналарды уақыттық бөлу арқылы TDMA;

  3. арналарды кодтық бөлу арқылы CDMA;

  4. қиыстырылғандар;

г) байланыс каналының ұйымдастыру әдісі бойынша:

  1. симплекстік;

  2. дуплекстік;

  3. жартылайдуплекстік.

Барлық технологияларды бір терминалда сыйстыру үшін 1998-1999 жылы жасалынған жаңа әмбебап мобильді телекоммуникациялық жүйелер стандарты (UMTS) қолданылады.

UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) концепциясы қазіргі кезде 3-ші дәуірлі жылжымалы телекоммуникациондық радиожүйесінің пайда болу шегінде іске асады. Бір диапазоннан екінші диапазонға өту, стандарттан стандартқа өту немесе серікті арнадан ұялы арнаға өту мүмкіншілігі абонентке өзіне ыңғайлы келетін қызмет түрін таңдауға мүмкіншілік береді. Сондықтан UMTS терминалдар бірнеше стандарттарда жұмыс істейтін, көпрежимді болып келеді.

GSM сияқты UMTS-ке және басқа да сымсыз байланыс жүйелеріне қосылу мүмкіншілігі бар көпрежимді абоненттік аппараттар UMTS абонентттеріне UMTS қызметтерге қосылу мүмкіншілігі болмаған жерлерде GSM стандартты ұялы байланысқа қосылу мүмкіншілігін сақтайды.

Транкингтік жүйесінің ерекше айырмашылығы бұл- бір-бірімен ортақ басқару шина көмегімен байланысқан, бірнеше ретрансляторлардан тұратын ретрансляциондық пункттің ортақ жиіліктік ресурсына қосылу мүмкіншілігін ұйымдастыруы арқылы жиілік жолағын эффективті түрде пайдалану мүмкіншілігі болып табылады. Транкингтік жүйесінің икемді архитектурасы жеке, әрі бірнеше абоненттердің немесе барлық абоненттердің шақыруларын өткізуге мүмкіншілік береді. Мұндай жүйелерде сәулеленуде станция жұмысы үзіліссіз емес, тек эфирдің аса жүктелуін азайтатын радиотелефонның тангентін басқанда ғана іске асады.

Бірақ бірінші дәуірлі профессионалды транкингтік жүйесінің желілері жоғары конфиденциалдылыққа жауап бере алмайды және абоненттік құрылғылардың идентификациясын, абоненттердің аутентификациясын қамтамасыз ете алмайды. Бұл тапсырмалар бір-біріне сәйкес келмейтін аналогты стандарттардың үлкен санының орнын баса алатын, екінші дәуірлі (АРСО, TETRA) профессионалды байланыстың цифрлық жүйелерінде шешілген. TETRA-ға байланыс протоколдары ерекше болатын және түрлі жиілік диапазондарда жүйені минималды шығынмен іске асыра алатын универсалды техникалық шешімдер кіргізілген. Сонымен бірге, TETRA техникалық мүмкіншіліктерді көбейтудегі саласының мүмкіншіліктерін қамтамасыз етеді. Бірінші дәуірлі (Inmarsat-A стандартты) сымсыз серіктік байланыстың жер станциялары негізінен үлкен орталық станциялары бар, радиалды-түйінді корпаративті желілерді істеу үшін арналған.Мобильді серіктік байланыста революциялық түрлендірулер 90-шы жылдарда болды. Олар келесі үш фактормен шартталған: космостық программалардың коммерциализациясымен, төмен және орташа орбиталарды қолданумен, цифрлық сигналдық процессорлардың қолдануы арқылы цифрлық байланысқа өтумен. Нәтижесінде төменгі орбиталарда (Iridium, Globalstar), орташа биік (ICO) орбиталарда серіктік байланыстың глобальды жүйелердің бірнеше жобалары іске асырылды, және екі регионалды жүйелер (AceS и Thuraya).

Транкинг – бұл көптеген абоненттердің шектелген арналар санына еркін қосылу мүмкіншілігінің тәсілі. Қандай-да бір уақытта барлық абоненттер белсенді болмағандықтан, керекті арналар саны жалпы абоненттер санынан анағұрлым аз. Мысалы, арналар саны 5 болғанда(4 сөйлеу арнасы және 1 басқару арнасы), транкингтік жүйе 300 абоненттке қызмет ете алады.

Ұялы жүйелермен салыстырғанда транкингтік радиожүйелерінің артықшылықтарына мыналарды жатқызуға болады:

Абоненттер арасында байланыс ретрансляторлар арналарын автоматты түрде орналастыруды іске асыратын жылжымалы жер радиобайланыстың радиалды- аумақтық жүйелердің принципі SmarTrunk, MPT 1327- тан бастап жаңа TETRA-ға дейін барлық транкингтік жүйелерді біріктіреді.

TETRA – бұл цифрлық радиобайланыстың еуропалық стандарты болып табылады. Бұл стандарт қоғамдық қауіпсіздік, көлік және коммуналдық қызмет саласындағы қолданушыларға негізделген. Уақыт арқылы бөлетін көпшілік қосылу мүмкіншілігі бар технологиясын қолданатын TETRA стандарты көбінесе адамдар саны үлкен болатын қалалық жерлер байланысында қолданылуы керек(мысалы, Еуропаның солтүстік-батыс елдерінде). Ол тек шектеулі деңгейлі қуаттарды және жиіліктердің тар диапазонын қолданып, транкингтік байланыс режимінде ғана жұмыс істеуді қалайды.

Жеке радиобайланыстың жүйелері (пейджингтік жүйелер) қазіргі кезде негізінен екі негізгі стандартта жұмыс істейді: POCSAG және FLEX. Қазақстан және ТМД елдерінің пейджингтік компаниялардың көбісі мәліметтерді тарату жылдамдығы 512 немесе 1200 бит/сек тең POCSAG стандартын пайдаланады. Бұл компанияларының пайдаланатын жиілік диапазоны - 138-174 MГц, бірақ 435-480 MHz жиілік диапазонында жұмыс істейтіндері де бар. Алыс орналасатын шетел елдерде 929-932 MHz диапазоны кең таралған. Пейджингтік жүйелерің үлкен артықшылығы – спектрді экономды түрде қолдану - бір жиілікте 10 мың абоненттерге қызмет етіледі. Бірақ цифрлық ұялы жүйелердің арзандауы және дамуына байланысты пейджингтік жүйелерге сұраныс төмендеп жатыр.

Мобилді компьютерлер- бұл офистік үстел компьютерден ара қашықтықта пайдаланатын үлкен емес, портативті құрылғылар. Олар компьютерлік индустрияның тез өсетін сегментін көрсетеді. Олардың бәрі минимумше инфрақызыл байланыспен қамтамасыз етілген. Laptop классының компьютерлерінен де кіші, әрі мобилді компьютерлер бар. Органайзер, пейджер және ұялы телефон функцияларын біріктіретін ноутбуктар, субноутбуктар, қол (palmtops) және қалталы (handholds) компьютерлер және персоналды компьютер секретарьлары (personal digital assistants) – танымалы модернизацияланған компьютерлер.

Аналитиктер PDA деп аталатын коммуникаторлар немесе смартфондар жаңа мобилды персоналды құрылғылар рыногының күрт өсуін көздейді. Laptop классының компьютерлері портативті болса да, ыңғайсыз болып келеді және де олар негізінен үстел компьютерлер түрінде қолданылады, ал жаңа компьютерлер жұмыс процессінде орнын ауыстыратын адамдардың ыңғайлылығына арналған. Мобилды компьютерлер көбінесе адам тұрған кезде немесе келе жатқан кезде жұмыс істейді. Қолданушы папка, ұялы телефонды ұстағандай компьютерді бір қолымен ұстап, екінші қолымен жұмыс істей алады. Laptop классының компьютерімен бұл мүмкін емес. Мобилды компьютерлер олармен жұмыс істейтіндердің талаптарын қанағаттандыру үшін жәнеыңғайлы болу үшін одан да кішілеу, жеңілдеу және жұмыста қарапайымдау болу керек. Қолданушыларға националды және халықаралық коммутацияланатын жалпы қолданушы телефондық желілермен біріктірілген,жылжымалы радиожелілер формасындағы сымсыз желілер көмегімен орталық ЭВМ,мәліметтер базасына жылжымалы және икемді қосылу мүмкіншілігі қажет болады.

Мобилды компьютерлерді ыңғайлы болып істеу үшін көптеген компьютерлік және аралас (компьютер — жылжымалы байланыс) технологиялар қолданылады:

Дәріс 2. Сымсыз байланыстың ұялы желілері

Ұялы жүйелерде ұяшықтың өлшемі абоненттердің тығыздығына және қызмет етілетін территорияда абоненттерді орналастыруына байланысты болады. Абоненттер тығыздығы үлкен болатын жерлерде радиусы 100м тең пикоұяшықтар, ал адамдардың саны одан да жоғары және құрылысы интенсивті болатын жерлерде микроұяшықтар(0,1-0,5 км) қолданылады. Қаланы және қала шетіндегі аумақтарды қамтитын микроұяшықтық аумақтардың істеу радиусы 30-35 км аспайды.

Ұялы жүйелер және сымсыз қосылу мүмкіншілігінің жүйелері абоненттер саны шарты километрге 10 000 Эрлангқа тең аудандарда қызмет ете алады. График ауданы 2 Эрл/кв.км-ден аспайтын жағдайда транкингтік жүйелер эффективті болады. Ұялы жүйелерде спектралды эффективтілікті жоғарлату үшін кеңжолақаты TDMA или CDMA, ал транкингтік желілерде негізінен таржолақты TDMA или FDMA қолданылады. Ұялы жүйелер және сымсыз қосылу мүмкіншілігінің жүйелері абоненттер арасында индивидуалды шақырулар іске асады. Сөйлесудің ұзақтығы бірнеше минутқа дейін созылуы мүмкін. Транкингтік жүйелердің типтік режимінің жұмысы ұзақ емес шақыруларға негізделген (1 минуттан аспайтын), олар индивидуалды түрде немесе диспетчер арқылы іске асады. Транкингтік жүйелерде байланысты орнатудың уақыты 0,3 с- аспайды.

GSM ұялы байланыстың желісі үш негізгі бөлікке бөлінеді: мобилды станция (Mobile Station), радио мен мобилды станция арасында қосылуды басқаратын базалық станцияның жүйе асты (Base Station Subsystem), негізгі бөлігі коммуиацияның орталығы және байланыстың мобилды құрылғылардың басқарылуы (Mobile services Switching Center) болып келетін желінің жүйе асты (NetWork Subsystem).

Мобилды станция (MS) мобилды құрылғылардан (терминал) және абоненттің идентификациондық модулі деп аталатын (SIM - Subscriber Identity Module) карточкадан тұрады.

Базалық станцияның жүйе асты негізгі екі бөліктен тұрады: базалық станцияның трансивері (BTS - Base Transceiver Station) және контроллер (BSC - Base Station Controller). BTS ұяшықтың өлшемін және MS-пен хабарламаларды айырбастайтын протоколдарды басқаратын радиотрансиверлардан тұрады. BSC біреу немесе бірнеше BTS радиоресурстарын және радиоарнаның орнатуын, жиіліктің ауысуын, ұяшықтың немесе арнаның ауысу процессын қадағалайды. BSC MS пен басқару және коммутацияның орталығы (MSC) арасындағы аралық элементі болып келеді.

Желінің орталық, әрі компонентті жүйе астысы басқару және коммутацияның орталығы (MSC) болып табылады. MSC коммутацияның жай түйіні сияқты жұмыс істейді, бірақ ол абоненттің регистрациясы (registration), абоненттің авторизациясы (authentication), арнаның және ұяшықтың ауысу процедурасы (handover), орнын ауыстыратын абонентке шақырудың бағытталуы (call routing) сияқты абонеттің мобилдігін басқару үшін қажетті функцияларды қосып алады. MSC белгіленген желілерге қосылуға мүмкіншілік береді. Сигналдарды айырбастау протоколы басқа желілерде кең таралған SS7 (Signalling System Number 7) протоколға негізделген.

Өз абоненттердің және қонақтардың реестрлары (HLR - Home Location Register и VLR - Visitor Location Register) коммутация мен басқару орталығымен бірге GSM желінің абоненттердің орнын ауыстыру мүмкіншілігін, бағытталуын қолдайды. HLR құрамына белгілі GSM желісінде регистрацияланған барлық абоненттер туралы, сонымен бірге, өтпелі орналасуы (location) туралы ақпарат кіреді. Әдетте орналасу орны осы сәтте мобилды станциямен ассоциацияланған VLR сигналды адрес формасында беріледі. VLR құрамында берілген географиялық облыста қонақ- абоненттер туралы административті ақпарат бар. Бұл ақпарат абонентке қажетті сервисті беру және шақыруды басқару үшін керек. Әрбір функционалдық құрылғы тәуелсіз түрде іске аса алса да, өндірушілер VLR-ды MSC-мен бірге іске асырды. Яғни MSC-мен қадағаланатын географиялық облыс және VLR-мен қадағаланатын географиялық облыс түсінігінің мәндері бірдей, және де олар VLR мен MSC арасында сигналдарды айырбастау протоколын жеңілдетеді. MSC-дің құрамында қандай-да бір мобилды станция туралы нақты ақпарат жоқ, барлық ақпарат белгілі реестрларда сақталады.

Басқа екі реестр авторизация және құпияшылықтың мақсаттары үшін қолданылады. Құрылғыларды идентификациялау реестрі (EIR - Equipment Identity Register) деп құрамында берілген желіде керекті мобилды құрылғылар тізімі бар мәліметтер базасын айтады. Бұл құрылғыларда мобилды станция мобилды құрылғылардың халықаралық идентификаторымен (IMEI - International Mobile Equipment Identity) идентификацияланады. Егер де мобилды станцияның ұрланғаны немесе бұл станция түрі апробацияланбағаны туралы хабарлама қабылданса, онда IMEI корректі емес деп қабылданады. Қосылу мүмкіншілігінің авторизация орталығы (AuC - Authentication Center) деп радиоарна бойынша ақпаратты жіберу кезінде шифрлау әдісін анықтау мен абоненттің қосылу мүмкіншілігінің авторизациясы үшін қызмет ететін, әрі әрбір абонентте болатын SIM-картада сақталынатын құпиялы кілттің копиясын сақтайтын және қорғау деңгейі жоғары болатын мәліметтер базасын айтады.

Аутентификация – бұл эфирде хабарламаның пайда болуының және автордың идентификациясының заңдылығын тексеретін процедура. Жіберу заңдылығын хронологиялық бүтінділік, хабарламаның бүтінділік сияқты сипаттамалар арқылы орнатуға болады.

Бүтіндікті тексеру – ол өзі бір процедурадан тұрады, бұл процедура - қабылданған хабарлама толығымен алынғанына, әрі ол өзгермегеніне және алдында алынған хабарламалардын біреуінің көшірмесі емес екеніне көз жеткізуге мүмкіндік береді. Шифрлау және аутентификация функциялары шифрлау кілттерін қолдануға негізделген. Сондықтан да байланыс жүйесінде осындай функциялардын біреуі қамтамасыз етілсе, онда осы кілттерді басқаратын құралдар қажет. Бұл құралдар шифрлау кілттердің «өмірлік циклынын» барлық деңгейлерін қамтиды, яғни генерация, тасымалдау, абоненті қолдану, сақтау, жою және архивтеу.

Аутентификация сеансы кезінде базалық станция аутентификациялық кілтті тексереді, әрі осы кезде оны эфирге таратпайды. Базалық станция тұтқаға кез-келген санды жібереді, ол «сұраныс» деп аталады. Тұтқа алынған кез-келген санды аутентификация кілтімен комбинациялай отырып, «жауапты» есептейді де, базалық станцаға «жауапты» жібереді. Базалық станца да күтіп отырған «жауапты» есептейді, әрі оны алынғанмен алыстырады.Салыстыру нәтижесінде байланыс орнату не жалғасады, не тоқтатылады.

Қазір ұялы байланыстың цифрлық жүйе жобаларын екінші кезеңге жатқызу қабылданған. Олардың аналогтық жүйелерден екі принципиалдық ерекшіліктері бар:

а) аналогтық жүйелерде қолданылатын арналарды жиіліктік бөлу ( FDMA) тәсілдің орнына арналарды уақыттық (TDMA)және кодтық (CDMA) бөлумен үйлесілген модуляцияның спектрлік-тиімді тәсілі қолданылады.

ә) дауысты таратуды және мәліметтерді шифрлау ( белгісіздеу) мүмкіндігі бар мәліметтерді интеграциялау арқасында қолданушыға қызметтердің кең спектрін ұсынады.

20 ғасыр соңында әлемде цифрлық жүйелердің үш стандарты іске асып жатты – GSM, D-AMPS ( IS-54, соңында IS-136) және PDC.

Кең қолданысты жалпыевропалық стандарт GSM ие болды, ол ETSI шеңберінде ұйымдастырылған, Group Special Mobile (GSM) арнайы жылжымалы байланыс тобынын қолдауымен құрылған. GSM стандартында жұмыс істейтін алғашқы коммерциялық желі Германияда 1992 жылы іске асты. Содан бері стандарт үзіліссіз даму үстінде. Ол Европада жиіліктік ауқымы 1800 МГц (GSM-1800) және 450 МГц (GSM-450) жұмысқа, әрі АҚШ-та 1900МГц (PCS) негізделген.

IS-54 стандарты АҚШ-тағы AMPS аналогтық жүйелердін көлемін арттыру мақсатында жасалған, әрі 1989 жылы қолдау тапты.

Европадан АҚШ-қа тараған ұялы байланыс Жапонияны да қалдырмады. Жапония 1994 жылы өзінің ұлттарына қолдануға арналған PDC ( Personal Digital Cellular ) стандартын жасап шығарды.

CDMA технологиясына негізделген жылжымалы байланыстың алғашқы коммерциялық ұялы жүйесінің эксплуатациясы Гонконгте 1995 жылдың қыркүйегінде басталды. Ол кезге дейін IS-95 стандарты ITU қолдауын алған болатын. CDMA (IS-95) негізіне құрылған және фиксирланған, әрі жылжымалы байланыс қызметтерін көрсететін ұялы желілердің саны өсіп келеді.

Цифрлық технологияларды енгізгеннен кейінгі ұялы байланыстың дамуындағы келесі маңызды кезең – ол микроұялы және пикоұялы құрылымды желіге көшу болып табылады. Бұндай желілерді пайдалану - қалалы жерлердегі тығыз құрылыстардағы және жабық аймақтардағы ( кеңселер, жерасты гараждары және т.б.) абоненттерге қызмет көрсету үшін арналған. Микроұялы жүйелерді құру принциптері макроұялы жүйелерден ерекшеленеді. Оларда жиіліктік жобалау жоқ, хэндовер қамтамасыз етілмейді, әрі сигналдың деңгейін өлшеу іске асырылмайды.1992 жылы DECT (Digital European Cordless Telecommunications) европалық стандарт бекітілді. Бұл стандарт аз қуатты шағылуы (10-25 мВт) бар радиоқатынау технологиясын іске асырады, әрі 1880-1900 МГц жиілік ауқымында абоненттік қондырғылардың орналасуының өте жоғары тығыздығын қамтамасыз етеді.

Жиілікпен бөлінген 40 дуплексті арнасы бар 900 МГц жиілік жолағындағы сымсыз телефон жүйесіне арналған алғашқы СТ1 стандарты байланыстың төменгі сапасына ие болды және онда дауысты хабарламаларды таратудың құпиялығы болмады. СТ2 белгілеуін алған жаңа стандарт Ұлыбританияда жасалып шығарылды. Ол сөйлесудін құпиялығын қамтамасыз етті, әрі СТ1–мен салыстырғанда, дауысты хабарламаларды қабылдауы жақсырақ болды. СТ2 стандартында 864-868 МГц жиілік ауқымы қолданылады және арналарды уақыттық бөлуы бар дуплексті байланыс ұйымдастырылған. АҚШ-та Belcore компаниясымен жалпы қатынаулы PACS сымсыз байланыс жүйесі жасалды. Ол дербес байланыс жүйесі үшін ерекшеленген жиілік ауқымы 1850-1910 МГц және 1930-1990 МГц бөліктерге арналған. Өзінің функционалды жағынан PACS DECT –тің жақын аналогы болып табылады, бірақ ол АҚШ-та қабылданған жиілік спектрін тарату шеңберінде ғана қолданылады, әрі европалықтардан өзгешеленетін дербес байланыс концепциясын дамытуға бағытталған. Жапониялық PHS сымсыз телефония жүйесі микроұялы архитектуралы желі шеңберінде екіжақты сымсыз байланысты қамтамасыз етеді. PHS радиоинтерфейсі арналардың уақыттық бөлінуіне және қабылдау мен тарату режимдерінің уақыттық дуплексті бөлінуіне негізделген. Жұмысты жиілік ауқымы 1895-1918 МГц.

Ұялы байланыстың үшінші кезеннің қызметтер жиынтығы фиксирланған байланыс желісіне өте жақын. Үшінші кезең жүйелерінде қызметтерді екі топқа бөлу қалыптасқан: мультимедиялы емес (дауыс таржолақты, мәліметтерді тарату жылдамдығы төмен, желілер трафигі арналар коммутациясымен) және мультимедиялы (асимметриялы және интерактивты). Мультимедияның интерактивты қызметтері алыстағы абонентерге нақ осы уақытта сөйлесуді қамтамасыз етеді, яғни олар бір-бірімен сөйлесіп қана қоймай, бірін-бірі көре алады.
Дәріс 3. Көпстанцалы қатынау тәсілдері.
Көпстанцалы қатынау тәсілдерінің негізгі үшеуін қарастырайық: FDMA, TDMA, CDMA.

FDMA - жиіліктік бөлінуімен көпшілік қатынау.

Барлық рұқсат етілген ауқымнан абонентке өз жиілік жолағы беріледі, бұл жолақты ол уақытының 100% -да қолдана алады. Сөйтіп уақыттық фактор емес, тек жиіліктегі айырмашылық абоненттерді бөлуге (дифференциалдауға) қолданылады. Бұндай жолдың артықшылығы бар: барлық ақпарат «нақ осы уақытта» беріледі, және абонент өзіне бірілген сегменттің өткізу жолағын толығымен пайдалануға мүмкіндік алады. Сегмент жолағының ені пайдаланып отырған байланыс желісіне байланысты өзгеріп отырады.

TDMA – уақыттық бөлінуімен көпшілік қатынау.

TDMA стандарты қазіргі цифрлық сымсыз байланыс жүйелерінде жиі қолданылуда. Жиіліктік бөліну жүйелеріне қарағанда, TDMA жүйесінің барлық абоненттері бір жиілік ауқымында жұмыс істейді, бірақ әрқайсысы қатынаудың уақыттық шектеулеріне ие. Әрбір абонентке уақыттық аралық беріледі (кадр), осы аралықта оған «таралу» рұқсат етілген. Бір абонент таралуын аяқтаған соң, рұқсат екінші абонентке беріледі, содан үшіншіге т.с.с. барлық абонентке қызмет көрсетілген соң, процесс қайтадан басталады. Абоненттің көзқарасы бойынша оның белсенділігі пульстаушы сипатта болады. Абоненттер саны көп болған сайын, олардың әрқайсысына өз мәліметтерін беру мүмкіндігі аз болады, сөйтіп әрқайсысы аз мәлімет жібереді. Егер абоненттің мүмкіншілігін белгілі шамамен шектесек, онда осындай тәсілмен бөлінген ортаның пайдаланушылар санын бағалауға болады. Уақыттық бөліну жиіліктік бөлінумен жүреді, сондықтан таралу берілген жиілік ауқымында жүреді.

Радиобайланыс ресурстарының шектеулігіне байланысты, радиоресурстарды бөлу тәсілі-радиоресурстарды максимал мүмкін болатын бөліктерге бөлуді қамтамасыз ету керек. GSM стандартымен таңдап алынған тәсіл, уақыттық және жиіліктік бөліну тәсілдерінің комбинациясын көрсетеді (Time-Division Multiple Access Frequency-Division Multiple Access). FDMA жартысы өзіне жиілік жолағы бойынша бөлінуді иеленген, оның ені 25 Mhz –қа дейін, өзара 200kHz жолақтармен бөлінген 124 тасымал жолағында. Біреу немесе бірнеше тасымал жиіліктер әр базалық станцаға жазылған. Әрбір осы тасымал жиілікке TDMA сұлбасы бойынша уақыттық бөлу механизмі қолданылады. TDMA сұлбасында негізгі уақыттық бірлік болып - десте периоды (burst period ) табылады. Десте периоды – 15/26 ms тең уақыт аралығы ( ол жуық мөлшермен 0,577 ms). Сегіз осындай уақыт аралықтары TDMA-да фреймге (frame-120/26 ms немесе 4.615 ms) топтасады, ол логикалық арналарды анықтаудын негізгі бірлігі болып табылады. Физикалық арна болып фрейм TDMA-да десте (burst period ) болып табылады.

Арналар нөмірлер және сәйкес дестенің орналасуына байланысты анықталады. Бұл барлық анықтамалар циклды және цикл жуық мөлшермен 3 сағатты құрайды. Арналар екі негізгі топқа бөлінген болуы мүмкін: ерекшеленген (dedicated channels) - әр мобильды станцаға динамикалық ерекшеленген және жалпы қолдануға арналған (common channels) - пассивты жағдайда мобильды станцамен қолданатын.

Трафик арнасы (traffic channel - TCH) – дауысты және мәліметтерді тарату үшін қолданылады. Трафик арнасы мультифреймнің 26 TDMA фрейммінен тұрады. Бұл мультифреймнің ұзындығы – 120 ms. Жиырма төрт фрейм - өзінің трафигі үшін қолданылады, біреуі – Жай Ассоцирленген Басқарушы Арна (SACCH – Slow Associated Control Channel)үшін, бәреуі - әлі іске қосылмаған (2nd). Шығыс және кіріс мәліметтерінің трафик арналары уақыт бойынша преиод уақытында үщ дестеге (burst period ) бөлінеді, сондықтан, әрбір жақ қабылдауды және жіберуді бір мезгілде жүргізбеу керек, бұл кезегінде электрониканы жеңілдетеді. Осы толық жылдамдықты (full-rate) арналарға қосымша ретінде жартылай жылдамдықты (half-rate) арналар TCH бар. Жартылай жылдамдықты арналар мәліметтерді тарату кезінде жүйе жылдамдығын екі есе жоғарлатуға арналған (яғни, дауысты кодтау 7 kbps, орнына 13 kbps). Сонымен сегіз жылдамдықты TCH спецификацияланған, бірақ олар сигналдармен ауысу үшін қолданылады. Ұсыныстарда олар Бөлек тұратын Ерекшеленген Басқарушы Арналар (SDCCH- Stand-alone Dedicated Control Channels) деп аталады.

CDMA – кодтық бөлінуімен көпшілік қатынау.

Ортаның мұндай бөліну тәсілінде әрбір пайдаланушыға жеке код беру арқылы трафик арналары құрылады. Бұл код жолақтың бүкіл ені бойынша таралады. Бұндай жағдайда уақыттық бөліну деген жоқ, барлық абоненттер үнемі арнаның бүкіл енің пайдаланады. Байқап кететіні, бір арна ұйымдастыруға бөлінген жиіліктер жолағы өте кең. Абоненттер таратылуы бірінің үстіне бірі жабылады, бірақ әрқасысының кодтары ерекшеленген соң, олар оңай дифференциалданады.

CDMA стандартын қолданған жағдайда, сигнал жоғарғы бөгеттер кезінде де қабылдануы мүмкін, бірақ оның тарату сапасы сол қалпы немесе жоғарғы болады. Барлық абоненттер бірігіп бір жиілік ресурсын пайдаланады. CDMA стандартында әрбір ұяда бір сол бір жиілік жолағы пайдаланады және секторланған ұяның әрбір секторында қолданылады. Берілген жағдайда жиіліктерді қайталадан қолдану моделі N=1 деп белгіленеді. N=1 моделі CDMA стандарты үшін басқа технологияламен салыстырғанда жоғарғы өткізу мүмкіндігін (емкость) қамтамасыз етеді. Басқа абонентермен және басқа базалық станцалармен пайда болатын бөгеуілдер CDMA стандарт желісінің өткізу мүмкіндігінің жоғарғы деңгейін анықтайды. Бірлік желісін құру кезінде негізгі мақсат – ол бөегуілдердің жалпы деңгейін минимумге келтіру. CDMA стандартында бөгеуілдер деңгейін төмендетудің және желінің көлемін максимумге жеткізудін бірнеше тәсілдері бар.

Арналардың кодтық бөліну негізіндегі көпстанцалы қатынауы бар желілер (АКБНКҚ) спектры тура кеңейтілген жүйелердің дамуын және жұмыс жиілігін қайта өңдеу жолымен алынған спектрі кеңейтілген жүйелердің дамуын көрсетеді.




1-ші сурет. Арналардың кодтық бөліну негізіндегі көпстанцалы қатынауы бар желілердегі спектрді бірігіп қолдану

Арналардың кодтық бөліну негізіндегі көпстанцалы қатынауы бар желілерде әрбір қолданушыға жеке, әрі басқалардан өзгеше ПСП берілген (1-ші сурет).

Егер осы ПСП өзара корреляцияланбаған болса, онда бір ұя шегінде К тәуелсіз абоненттер хабарламаларды бір уақытта тарата алады, әрі осы кезде олар бір радиожиілік жолағын алып тұрады. Қабылдауыштарда сигналдардын корреляциясы (спектрды сығу) іске асып жатады, соның нәтижесінде жіберген хабарламалардың қайта қалпына келу жүреді di(t)=1,…K. 1-ші суретте арналардың кодтық бөліну негізіндегі көпстанцалы қатынауы бар желілердегі К спектры тура кеңейтілген 10 тасымалдаушысы бар мысалында спектрдын бірігіп қолднану концепциясы көрсетілген.

Егер 10 мобильды таратқыштар ақпаратты бір уақытта тарататын болса, онда базалық станция қабылдағышының кірісінде уақыты және жиілігі бойынша 10 қиылысатын сигнал пайда болады. Мобильды станция қабылдағышы туралы да осыны айтуға болады. Егер барлық қабылданатын сигналдар қуатын Ps-ке тең және бір ғана пайдалы сигнал қалған тоғыз МДКРК қуаты бірдей сигналдармен интерференленсе, онда қабылдағыштың РЧ кірісіндегі сигнал/бөгеуіл (С/І) қатынасы 1/9 немесе (С/jT)=-9,54 дБ-ге тең болады.

Сигнал/бөгеуіл қатынасының мұндай терістелген мәні ішкі жүйелі бөгеуілмен шартталған, ішкі жүйелі бөгеуіл кеңейтілген түзу спектрі бар 9 тасымалдаушы арқылы пайда болады және осы уақытта дәл сол жиілік жолағында орналасады. Корреляциялық өңдеу (спектрді қысу) нәтижесінде кең жолақты радиожиіліктегі тасушы/бөгеуіл (С/І) қатынасының терістелген мәні тар модульды жолақты сигнал/бөгеуіл (S/I) қатынасының оң мәніне айналады. Модульды жиілік жолағында сигнал/бөгеуіл қатынасы жоғары болу керек, себебі Ре-нің қатысты төмен мәндерінің жетістігін кепілдеу керек. Сигнал/бөгеуіл (S/I) қатынасының мәні сигнал/шу (S/N) қатынасымен салыстырғанда модульды жиілік жолағында бірнеше дБ-ге жоғары болады.

Спектрді тікелей кеңейту жүйесінде бір ұя шегінде болатын хабар таратқыш арналар (трафик арналары ) бір уақытта бір ғана радиожиілікті, яғни радиоарнаны пайдаланады. Көрші ұялар я осыны, я көрші жиілік арналарын пайдалана алады. Кейбір жылжымалы объекттер базалық станцияға жақын, ал басқалары алыс орналасады. Жақын орналасқан жылжымалы объекттен базалық станция арқылы қабылданатын күшті сигнал алыс орналасқан жылжымалы объекттен қабылданатын әлсіз сигнал ретінде болады. Жақын орналасқан жылжымалы объекттен пайда болатын маскирования немесе ішкі жолақты бөгеуілдер эффекті «жақын-алыс» бөгеуілдер деген атпен белгілі. Бұл бөгеуіл түрі МДКРК жүйесін қолдану және проектілеуде үлкен қиыншылықтар туғызады.

Қуатпен басқару «жақын-алыс» бөгеуілдерінің дәрежесін түсіруге мүмкіндік беоеді. Қуатпен басқарудың идеальды сұлбасы жылжымалы объект орналасуына және радиотолқындар тарату кезіндегі жоғалуға тәуелсіз болатын, осы ұяда орналасқан жылжымалы объекттің базалық станциямен қабылданатын сигналдар қуатының теңдігін қамтамасыз етеді. Жылжымалы объекттегі қабылданатын пилот-сигналдың өлшенген дәрежесі радиотолқын тарату кезіндегі базалық станция таратқышынан жылжымалы объект қабылдағышына дейін болатын жоғалуларды бағалауға мүмкіндік береді. Жылжымалы объекттегі жоғалу бағаларының нәтижесінде қуатпен берілетін басқару сигналы қалыптасады және таратқыштың қажетті қуаты орнатылады. Бұл процедура қажетті скважность арқылы қайталанады және осыған байланысты тұйықталмаған петлямен адаптивті басқаруға қол жеткізеді. Мұнда тура және кері радиосымдарды таратуда болатын жоғалулар бірдей болуы мүмкін. Бірақ тұйықталмаған петлямен бақылау әрқашанда туралық және сапалық дәрежесін қамтамасыз етпейді.

Қуатпен басқарудың реалды туралығы тұйықталмаған ТхРС петлясы көмегімен 1,5 дБ-ге тең болады. Идеалды жағдайда ол 0 дБ-ге тең болуы керек. Бұл бізге әртүрлі жылжымалы объекттен таратылған сигналдардың бәрі бірдей қуатпен қабылдануы керектігін айтады, себебі олардың дәрежелерінің түрлілігі 0 дБ-ге тең. Бұл жақын және алыс орналасқан қолданушылардың қиыншылықтарын жеңілдетеді және ұялы МДКРК жүйенің сыйымдылығын оптимизациялайды.
Дәріс 4. Оптикалық және радиобайланыс

Сымсыз оптикалық байланыс технологияларының негізгі міндеттері толқын ұзындығы инфрақызыл диапазонында жоғары жылдамдықпен үлкен көлемдегі мәліметтер тарату үшін қажет. Дүние жүзіне танымал операторлар және телекоммуникациялық желілер жұмысын жасаушылар арасындағы ең танымалдары- Sprint, Nextol, Verizon (Bell Atlantic), Вымпелком, Motorola, Siemens болып табылады. Олар сымсыз оптикалық технологияны өз қолдарына алған.

Жүйе интерфейсінің кіріс сигналдары ашық оптикалық арнада сигналды модуляциялау үшін қолданылады. Бұл тарату технологиясы атмосфера арқылы спектрдің инфрақызыл бөлігіндегі модулденген сәулелену арқылы мәліметтер таратқышына негізделген. Таратқыш ретінде жартылай өткізгіш сәулелену диоды пайдаланылады. Қабылдағыш ретінде жоғары сезімділікті фотодиод қолданылады. Сәулелену фотодиодқаәсер етеді және нәтижесінде бастапқы модулденген сигнал регенерацияланады. Сосын сигнал демодуляцияланады және шығыс интерфейс сигналдарына түрленеді. Екі жақ қабатынан линза жүйесі қолданылады, таратушы қабатында- коллимерленген сәуле алу үшін, ал қабылдаушы қабатында – қабылданған сәуленуді фотодиодқа фокустау үшін қолданылады. Дуплексті тарату үшін де дәл осындай кері арна пайдаланылады.

Атмосфералы оптикалық байланыс сымдары (Free Space Optics) – бұл телекоммуникацияда баяғыдан бері келе жатқан термин. ҒSО жолдарында ақпарат талшықты- оптикалық байланыс жолдарындағы сияқты модульды жарық толқындар көмегімен таралады. Бірақ жарық тербелістерді тарату ортасы болып оптикалық талшық есептелмейді, тура көрінетін айиақтағы ашық атмосфера болып табылады. Бұл жерде ҒSО жолдары радиорелелік байланыс жолдарына ұқсайды, себебі СВЧ диапазонының электромагниттік толқындары да ашық атмосферада таралады.

ҒSО сымдарының (жолдарының) маңызды ерекшелігі – радиорелелік байланыс жолдарына қарағанда жүйе құру мен эксплуатациялау кезінде жиілікке рұқсат алу керек емес. Басқаша сөзбен айтқанда, радиожиілік алудыңқымбат және ұзақ мерзімді процесі шектеледі. Бұдан басқа, мәнді шығындар есептелу үшін, электромагниттік сәулелену дәрежелерін өлшеу үшін және радиорелелік станциялар құру рұқсатын алу үшін қажет.

ҒSО жүйелерінде инфрақызыл лазерлері қолданылады, олар 200 ТГц диапазонда жарықты генерациялайды және ол 1 мкм ретіндегі толқын ұзындығына сәйкес келеді.

Сатылуда бар қондырғылар екі толқын ұзындығының – 850 немесе 1550 нм біреуінде жұмыс істейді. 850 нм толқын ұзындығында сәулеленетін лазерлер 1550 нм толқындарға қарағанда арзанырақ және сондықтан да ол 100м-лік аралықтағы байланысқа арналған. Бірақ егер сөз сәулелену көзі үшін қуатты, алыс аралықты және қауіпсіздігі туралы болса, онда бірінші кезекте алыстолқынды лазерлер болады. 1550нм толқын ұзындығындағы инфрақызыл сәулелену көздің ағында жұтылады және қарашығына жетпейді. Норма ретінде 850 нм-лік лазерге қарағанда 2 ретке үлкен қуат жұмсалады. Бұл арна ұзындығын қолайлы байланыс сақтау кезінде 5 есе үлкейтеді, ал жақын арақашықтыққа қолдану кезінде – мәліметтер тарату жылдамдығын мәнді өсіру болып табылады.

ҒSО желісінің архитектурасы кәсіпорын керектігі мен қосымшалар пайдалану тәуелділігі әсерінен әртүрлі топологиялық конфигурациялары болады. Олардың негізгілері болып «нүкте-нүкте», «нүкте-көпнүкте» және торлық (mesh) құрылымы саналады. Үш топологиялық комбинация жүргізіледі.

«Нүкте-нүкте» байланысы жоғары өткізгіштік қасиеті бар белгіленген арнаны қамтамасыз етеді, бірақ бұл нұсқа қиын масштабталады. «Нүкте-көпнүкте» арзан топологиясы аз өткізгіштік қасиет танытады. Масштабталудың жоғары дәрежесін алу үшін сақиналық және торлық (mesh) топологияларына немесе ең болмағанда жұлдыз тәріздес топологиясына көңіл аудару қажет. Олар түйіндерді оңай қосуға және желілерді реконфигурациялауға мүмкіндік береді.

Қазіргі кезде ақпаратпен сымсыз алмасу үшін радио (радиорелелік сымдар және радиомодемдер) өте кең қолданылады. Бірақ бізге бөгеуіл қиыншылығын кездестірмеген бірде бір қолданушыны кездестіру қиын. Арнайы рұқсат алу және қағаздық жұмыстар үлкен қалаларда радионы пайдалануға кері әсерін тигізеді. Қазіргі кезде шығып жатқан жаңа технологиялардың өзі бұл проблеманы шешпейді.

Лазерлік байланыс жүйесі – ашық жүйе болып табылады және тасымалдау жүйесінің кез-келген хаттамасын қолдайды. Кабельді немесе талшықты-оптикалық құрылғыжелілік трафикті лазерлік қабылдағышқа жеткізеді, содан соң қабылданған сигнал лазерлі оптикалық таратқыш арқылы модуляцияланады және таратқыштағы жіңішке жарық сәулесіне фокустеледі, ал ол линзалар жүйесін пайдаланады. Қабылдайтын жағындағы оптикалық бөлік фотодиодты қоздырады, ал фотодиод модуляцияланған сигналды регенерациялайды. Сигнал демодуляцияланады және коммуникациялық хаттамаға түрленеді. Басқа сөзбен айтқанда, бұл жүйенің жұмыс жасау принципі талшықты-оптикалық кабельді модемдерге ұқсас болады. Оның айырмашылығы жарық сәулесінің басқа ортада таралуына байланысты.

Дуплексті конфигурацияларға әр шетінде екі нүктелі байланыс түзулеріне қабылдағышта, таратқышта керек.

Қазіргі кездегі бар коммерциялық лазерлер сигналының шығыс қуаты кемінде 100 мВт және басқару үшін арнайы техникалық лицензиялауды қажет етпейді. Олар мәліметтерді 1,2 км қашықтыққа тасымалдаудың жоғары жылдамдығын қолдайды, бірақ олардың өткізгіштік қабілеті қашықтыққа байланысты болады. Өткізгіштік қабілеті неғұрлым жоғары болған сайын, соғұрлым қашықтық қысқа болады. Мысалы: егер тасымалданатын мәліметтердің өткізгіштік қабілеті 34-52 Мбит/с-та қашықтық 1200 м болса, ал 100-155 Мбит/с-та ол 1000 м болады. Сонымен бірге, лазердің қуаты көп болғанда, ол қаптайтын қашықтықта үлкен болады. Мысалы, Freespace немесе OmniBeam лазерлік таратқыштарының шығыс қуаты 20-дан 40 мВт-қа дейін, бұлар сигналды 1200 м қашықтыққа жеткізе алады. Егер әскери лазерлерді пайдаланатын болсақ (10 Вт), ақпаратты бірнеше км қашықтыққа таратуға болады. Бірақ лазердің қуаты үлкен болса, олардың жұмыс жасау (өмір сүру) уақыты аз болады. Сондықтан қазіргі уақытта коммерциялық лазерлер пайдаланылады, олардың шығыс қуаты 50 мВт. Ақпаратты 1200 м қашықтыққа таратқанда өткізгіштік қабілеті 155 Мбит/с-қа дейін көбейеді және Е1, Е3, ОС1, ОС3 және басқа стандарттарын қолдайды.

Лазерлік байланыс ақпараттың жоғары қорғағыштық деңгейін қамтамасыз етеді. Лазерлермен салыстырғанда радиотаратқыштағы ақпаратты сырттан алып қоюға және жазып алуға болады.

Инфрақызыл диапозонда функцияланатын жүйелердің алтернативті жұмыстарға қарағанда бірқатар жетістіктері болады. Біріншіден, оптикалық аумаққа ауысу есебінен мұндай жүйелер радиодиапозон бөлігіне қол жеткізе алмайды, РЧ спектріне бөгеу жасамайды және осындай бөгеулерге сезімсіз. Олардың эксплутациясы үшін радиожиілік ресурсына арнайы ұрықсат алу қажет емес. Екіншіден, инфрақызыл байланыс каналы тасымалданатын ағын спектр анализаторымен және радиожелі бақылау құрылғыларымен сканерленбейді. Сонымен қатар, олар патенттелген алгоритмдер арқылы кодталады. Үшіншіден, өздігінен сымсыз оптикалық жүйелер тасымалданатын ақпарат жылдамдығын ешқандай шектеулер қоймайды. Қажетті факторлардың бірі қысқа уақыт ішінде .

Соңғы жылдарда инфрақызыл ақпаратты тасымалдау жүйелеріне провайдерлар, операторлар үлкен қызығушылық көрсетеді. Олардың қолдануы корпаративті желілерде (Ethernet, Fast Ethernet, ATM, FDDI) және жердегі байланыс опраторларының магестральды желілерінде (SDH,PDH), резервтік каналдарды жасау, «соңғы миля» қиыншылықтарын шешу үшін, мобильдік байланыс желілеріндегі базалық станциялармен олардың бақылаушыларының арасындағы байланысты қамтамасыз ету. Негізгі кабельдік инфраструктураны модернизациялау кезінде уақытша желілерді құрастыру үшін, бейнебақылау жүйелерінен ақпаратты тасымалдау және телеметрияда пайдаланады.

Барлық оптикалық жүйелердің негізгі қасиеттері – лазер сәулесінің жоғары энергоқаруланғандығы (орташа қуаты – 300мВт. Инфрақызыл – шашырау деңгейі 7Вт/м2) және лазердің жұмыс жасау уақыты 130 мың сағат немесе 15 жыл). Әрбір құрылғының пайдаланатын қуаты 20Вт.

Инфрақызыл құрылғылардың ерекшелігі – олардың құрылу лездігі: қондырылуына кететін орташа уақыт 4 сағаттан аспайды. Кабельдік инфраструктураның болмауы бір жүйені аса көп пайдалануға және орнын ауыстыруға мүмкіндік береді. Осы құрылғылардың жөндеуге қолайлылығы жетістік болып табылады. Оның жасалынуы сондай, тасымалдаушыны ауыстырғанда қабылдауышты модернизациялау қажет емес.

Атмосфералық құбылыстардың әсері максималды байланыс арнасының ұзындығын шектейді, ал түзу көрсетілу талаптары қосымша шектеулерге қабылдаптаратушы құрылғылар және олардың бағыттарын құру биіктігіне қосады.

Ауа райы құбылыстары тарату сенімділігіне қатысты болғандықтан, белгілі ауданда әр эксплуатация жүйесінің алдында оны тестілеу қажет. Тек қана жауын-шашын типі ғана емес, оныі арнаға үзіліссіз арнаға әсер ету уақыты да қажет. Сондықтан да жаңбыр немесе қарға қарағанда тұман ИҚ-арнаға үлкен дәрежеде әсер етеді.

Атмосфералық құбылыстарға бағыныштылық арнаның қосу мүмкіншілігі беру ұзақтығына кері пропорционалды болуына әкеледі. Осылайша, 40 км ұзақтықта орта есеппен жылына 40-50 пайыз құрайды. Бәрақ жазда бұл көрсеткіш жоғарырақ болады. Және керісінше, қабылдағыш және таратқыш 50м қашықтыққа жақындауы 99,9 пайызға дейін қамтамасыз етеді. Практикада сымсыз арналар негізінде түйіндерді қосу үшін ұйымдастырылады. 3км байланыс ұзақтығында ИҚ-арнаның Е1 қосу мүмкіншілігі 99,9 пайыз құрайды, ал 1млн(1,6 км) үшін 99,7 пайызға тең. Қабылдағыш пен таратқышты далаға шығару міндетті емес, олар үй ішіне де қалдырылуы мүмкін. Шыны тосқауылдың бар болуы монтаждалатын жүйенің техникалық сипаттамаларын есептеу стадиясында есепке алуға болады. Және үлкен проблемалар тек светофильтрлер немесе арнайы күнге қарсы тұтылуы бар кезінде пайда болады.
Дәріс 5. Базалық Станция жүйелердің техникалық концепция құрылулары

PCS жылжымалы радиобайланыс жүйесінің құрлықты типтік моделі немесе ұялы жүйе тарату түзуі базалық станцияның жоғары көтерілген антеннаны (немесе бірнеше антеннаны) және түзу көру түзуіне (LOS) таратылған кішкентай бөлікті өзіне кіргізеді. Соныменқатар (көптеген трассалар) қайта шағылысулармен көптеген трассалар (яғни, түзу емес көрінумен-NLOS) және автомобильдерде немесе жылжымалы қабылдаптаратқышта немесе таситын радиостанцияда орналастырылған бір немесе бірнеше жылжымалы антенналар бар. Көптеген жағдайларда толық емес аумақта радиотолқындарды тарату тура көрінетін антенна арасы мен базалық станция аумағындағы орны бар немесе жасанды бөгеулер үшін жылжымалы радиостанция антенналары (2 сурет). Бұл жағдайда радиотарату трассасы кездейсоқ түрде өзгеретін тарату станциясы сияқты модельдене алады. Суреттей мысалда базалық станция антеннасы 70м биіктікте орналасқан яғни, ең биік ғимарат шатырында. Түзу LOS станциясы (does) жойылған бос аралықта базалық антенна мен бірінші ғимарат арасында жатады. Осы үшін оның түзу do трасса әсері көніп қалады. Жоғарыда орналысқандар сигналдарды көрсетеді. Көрсетіліп ұсталған сигналдар қабылданғанда түзу трассадағы қуатпен салыстырылған әлсіреген сигналдарды иімдене алады.



Көптеген жағдайларда радиотолқындардың таралатын бірден көп жолдары болуы мүмкін және бұл ситуация көпсәулелі таратылу деп аталады. Таралу трассасы жылжымалы объектінің, базалық құрылғының немесе қоршаған заттар мен ортаның жылжуы арқылы өзгереді.

Ең ақырын орын ауыстырудың өзі көпсәулелі таратуы уақыт шарттарында өзгеруге және қабылданған сигнал параметрлерінің өзгеруіне әкеледі. Мысалы, ұялы жүйенің абоненті жоғары жылдамдықты автостраданыі қасындағы автотұрақта автомобиль ішінде тұр.

Салыстырмалы түрде абонент жылжымалы болғандықтан, қоршаған орта бөлігі 100км/сағ жылдамдықпен қозғалады. Автострадағы автомобильдер радиосигналдарының «шағылыстырушылары» болып қалады. Егер берілу немесе қабылдау кезінде бұл абонент те жылжып тұрса,(мысалы, 100км/сағ жылдамдықпен) , онда кездейсоқ жағдаймен шағылысқан сигналдар параметрлері үлкен жылдамдықпен өзгереді. Сигнал деңгейінің өзгеру жылдамдығы көбінесе доплеровті шағылысуымен суреттеледі.

Радиотолқындарының таралуы бұндай шарттарда үш жағдаймен сипатталады, бөлікті өзінше эффектілермен, көп сәулелі тарату үшін қатып қалу сияқты танымалы, экрандау және тарату кезіндегі жоғалтулар. Көпсәулеленуден қатып қалу айналу қатуы арқылы суреттеледі (амплитуданың өзгеру жиілігі қатысты емес), доплеровті шашырау (уақыт бойынша селективті немесе уақыт бойынша өзгеретін, кездейсоқ фазалық шуыл) және уақытша шашырау (шағылысқан сигнал шашырауының уақыт бойынша трасса ұзындықтарының өзгеруі сигналдардың өздерін уақытша өзгерулерге әкеліп соқтырады ). Уақытша жайылу жиілікті-селекті қатудың пайда болуына әкеледі.

Қабылдағыш, таратқыш немесе қоршаған орта орын ауыстырғанда, эффектілі орын ауыстыруы бірнеше жүз толқын ұзындығын өсіреді. Мысалы, радиорбайланыс жүйесінде 2 ГГц диапазон ұзындығы 15см тең. Осылайша, егер қабылдағыш 1,5см ғана орын ауыстырса, ол 1,5/15=0,1 толқын ұзындығына ғана ығысады.

Бірнеше жүз толқын ұзындығынан көп арақашықтыққа орын ауыстыру айналу флюктуациясына әкелуі мүмкін.

Трассада қату ұзақуақытты немесе орташаланған қату, аз уақытты немесе тез, көпсәулелі қату деп бөлуге болады. Көпсәулеліктен тез қатулар орташаландырумен бірнеше жүз толқын ұзындық интервалдарымен жойылғанда, тағы селектілі емс көлеңкелеу қалады. Көлеңкелеудің себебі негізінен рельеф негіздері аудандардағы трасса бойындағы жылжымалы спутниктік жүйелер радиосигналдардың таралуы болып табылады.

Көлеңкелеу үшін математикалық модель жоқ болса да, қалалық ауданда эксперементальды мәліметтерге сай жайғастыру логикалық-нормальды жайғастыру 5-тен 12дБ дисперсиясымен қабылданады.

Бос кеңістікте шашырау кезіндегі(немесе шашырау кезіндегі жоғалу) жоғалу бірлік күшейту коэфициентімен (g=1) жан-жаққа қаратылған тарату және қабылдау антенналар үшін формула. Олар бір-бірінен r метр қашықтықта орналасқан

.
Бір-бірінен r метрге алыстатылған екі антенна үшін күшейткіш коэффициентімен таратқыш антенна

GT=4A/2

Күшейткіш коэффициентімен қабылдау антеннасы

GR=4A/2,

Бос кеңістңкте тарату үшін жоғалту формуласы келесі түрге келеді:

.

Ұтымды немесе «табалдырықты» ықтималды қателікті бит мәніне әкелетін минималды қуат PR = PRmin. Сөз байланысы үшін «ұтымды немесе табалдырықты сипаттамасында» көбінесе кодтау мен алдын-ала өңдеусіз таратуда BER = 310-2 қабылданады. Сонда сенімде қабылдаудың зона радиусы

,
мұндағы dmax метрмен сипатталады.

Көптеген параметрлерді біріктіретін және радиобайланыс жүйелері проектілеушілер үшін қажетті болғандықтан, күшейту жүйенің коэффициенті жүйе характеристика бағасы үшін пайдалы көрсеткіш болып табылады. Оңайлатылған формада тек қана аппаратураға болатын күшейту жүйе коэффициенті бұл қабылдағыштың таратқыш шығыс қуатының қатысы және табалдырықты сезімталдығының арасы. Табалдырықты қабылдағыш сезімталдылығы бұл максималды ықтималдылықтың битке (BER) қателігі болғандықтан, қабылданған сипаттама деңгейіне жету үшін қажет қабылданатын минималды қуат. Күшейту жүйесінің коэффициенті ең болмаса күшейту коэффициентіне және жоғалған сыртқы аппаратура қатысына тең болу немесе одан асу қажет.

Орта жоғалтуларды таратушыларда прогноздау үшін көпжақты натуралды өлшеулерге негізделген эмпирикалық модельдер қолданылады. Трасса Базалық станция антеннасынан жылжымалы объект антеннасына дейін жатыр. Жоғалтулар үшін эксперименталды қисықтар шашыраған кезде қабылданған сигналдың қуат деңгейін өлшеуі және таратылатын сигнал қуатынан азайтуы болады. Мысалы, егер біз күшейту коэффициенті 1-ге тең көптаралған антенналарды иемденген, таратылатын қуат +30дБм тең және кей жерлерде қабылданатын қуат PR = - 105 дБм, онда таратылу кезіндегі жоғалтулар

Lp = PТ - PR = + 30 дБм – ( -105 дБм) =135 дБм.

Рт және Рr бірдей бірліктермен көрсетілгендіктен, Lр жоғалтылулары децибелдермен көрсетілуі мүмкін.

Окомурамен (Okomure) істелген көптеген өлшеулер 1-ге тең күшейту коэффициенттерін иемденетін изотропиялық жағдайлардағы ( идеалды көптаратылған дБ таратылулардағы орта жоғалтулар үшін Lр шашыраулар эмпирикалық формуланы қабылдауға рұқсат етті. Бұл Окомура прогноздау әдісі ретінде де белгілі формула келесі түрді иемденеді.



Мұнда r- базалық антенна жіне жылжымалы станция арасындағы аралық км.

Тасушы радиожиілігі fo, МГц, базалық станция антеннасының биіктігі hв, м, және жылжымалы станция антннасының биіктігі hm, м; A,B,C,D келесі түрде сипатталады.



мұндағы, а(hm)=[1,1∙lg(f0)-0,7]∙hm-[1,56∙lg(f0)-0,8] – орташа және кішкентай қалалар үшін;

а(hm)=3,2[lg(11,75∙hm)]2 -4,97 – үлкен қалалар үшін.

Бұл формуланы келесі шарттар орындалса ғана пайдалануға болады.

- fо: 150-ден 1500 МГц дейін;


Көпсәулелі таралумен шартталған қатулармен радиосигналдардың моделі келесі айналу қатуларды (сигнал деңгейі) келесі анализ орналастырулар үшін қажет, сигналдың лақтыру жиілігі және қату ұзақтығы ы [12]. Бұл параметрлер және олардың елестетулері кейбір түзу проектілеу аспектілерін қарастыруда және байланыс жүйелерінде (қателерді және қосу мүмкіндігін түзету әдістерін таңдау). Мысалы, қату ұзақтығы және лақтыру жиілігі битпен (BER) қателік ықтималдығы мен сөздегі (WER) қателік ықтималдық арасында байланыс орнатуға мүмкіндік береді.

Қателердің дестелігін шақыратындықтан жоғары жылдамдықты цифрлы жылжымалы радиобайланысты проектілеуде көпсәулеліктен қату характеристикаларын білу қажет.

Айналу сигнал деңгей белгілі табалдырықтан төмен деңгейіне түскенде, қателер дестелері пайда болатын шартында, лақтыру жиілігі (шағылысу деңгейінде) қажетті жиілікті қателік дестелердің пайда болу деңгейі болып қолдануы мүмкін.

Қату ұзақтығы қателік дестелердің ұзындығын бағалауға мүмкіндік береді.

Дәріс 6. Сигналдарды алшақтату әдістері

Таратқыштың қуаты және жиіліктің қайта қолдану интервалы сияқты тым үлкейтусіз деректерді таратудағы жоғарғы сенімділікті қамтамасыз ету үшін басқа да әдістерді қолдану керек. Бұл тапсырманы орындау үшін алшақтату әдісі ең әсерлі әдістердің бірі болып саналатыны белгілі.

Алшақтатудың әр түрлі әдістері КВ жүйелер, тропосфералық байланыс және де тура көрініс шегінде жұмыс істейтін микротолқындық радиорелейлі жүйелер үшін ұсынылған және анализденген. Алщақтату әдістері ОВЧ, УВЧ және микротолқындық жылжымалы радиобайланыс жүйелері үшін қолданылады. Ол соңғы 20 жыл ішінде анализденген.

Олардың көбі аналогты жылжымалы радиобайланыс жүйелері үшін қолданылатын болғанымен, оларды цифрлы ұялы жүйелер үшін қолдануға болады. Алшақтату әдісі үшін алынатын ұтыс цифрлы жылжымалы радиобайланыс жүйелерінің қызмет көрсетуіне қойылатын талаптардың сапасы үшін үлкейеді. Себебі көпсәулеленудің тез тынуы цифрлы тарату кезінде маңызды байқалады.

Алшақтату әдістері сигналдарды тарату кезінде көптеген жолдарды талап етеді. Алшақтату тармақтары деп аталатын және олардың комбинациалау сұлбалары немесе олрдың ішінен біреуін таңдау болып табылады. Жылжамалы раиобайланыс жүйелеріндегі радиотолқынның таралу сипаттамаларына байланысты алшақтату тармақтарын құрудың бірнеше әдістері белгілі. Олар келесі топтарға жіктеледі:

Кеңістіктік алшақтату. Бұл әдіс өзінің қарапайымдылығы мен арзан бағасы үшін кең қолданылады. Ол бір ғана таратушы антеннасын және бірнеше қабылдаушы антеннасын талап етеді. Қабылдаушы көршілес антенналардың арасы көпсәулелер үшін өшуі алшақтатудың әр тармағы корреляциаланбаған болуы керек.

Бұрыштық алшақтату. Бұл әдіс бағыт бойынша алшақтату деп аталған бірнеше бағытталған антенналарды талап етеді. Әр антенна тәуелсіз бір белгілі бұрышпен немесе белгілі бір бағытпен келетін толқыннан әер алады және корреляциасыз өшетін сиганады құрайды.

Поляризациалық алшақтату. Бұл тек қана алшақтатудың екі тармағын іске асыруға мүмкіндік береді. Ол екі ортогоналды-поляризациалық радиотолқын көмегі арқылы жіберілетін сигналдар шартын іске асыруға мүмкіндік береді.

Жиіліктік және уақыттық алшақтату. Таратудағы жиілік және/ немесе уақыт бойынша айырмашылықтары алшақтатудың тармақтарын құруға мүмкіндік береді.

Қажетті уақыт және жиілік бойынша таратуды уақыттық алшақтату мен доплерлік жиіліктің максималды мәндерінің сипаттамаларынан анықтауға болады. Осы екі алшақтату әдістерінің негізгі артықшылығы, басқа әдістеріне қарағанда кеңістіктік, бұрыштық, поляризациялық, оны іске асыру үшін тек қана бір таратқыш және бір қабылдағыш антенналары қажет. Негізгі кемшілігі кең жиілік жолағының қажеттілігі.

Цифрлы тарату жүйелерінде қатені түзетуімен кодалауды алшақтатудың тағы бір қосымша әдісі ретінде қарастыруға болады.

Поляризациа әдісінен басқасында алшақтату тармақтарының санына шек қойылмайтынын атап өткен қажет. Мысалы, 2,4 ГГц диапазонында жұмыс істейтін кейбір радиобайланыс жүйесінде, кеңістіктік алшақтатуды құру кезінде беске дейін қабылдағыш антенналарын пайдаланады.

Цифрлы радиобайланыс жүйесінің сенімділігі мен қабылдаудың бөгеуіл тұрақтылығының сипаттамаларын алшақтату жақсартуға мүмкіндік береді. Алшақтатудың екі тармағының болуы 30дБ С/І мінін төмендетуге мүмкіндік береді. Сәйкесінше алшақтату жоқ болған жағдайда (BER) битке 15 дБ жиілік қателігінің мәні 10-3 тең. BER төменгі мәндерінде мысалға BER = 10-6 алшақтатудың әсерінен алынатын ұтыс 30 дБ құрайды.

Қазіргі заманда ықшам радиобайланыс, ұялы телефония және деректерді тарату жүйелерінде кішкентай көлемді және салыстырмалы түрде қымбат емес алшақтату жүйелері пайдаланады.
Дәріс 7. Спектрді кеңейту жүйелері

Спектрді кеңейту термині көптеген әскери және коммерциалық байланыс жүйелерінде қолданған. Кеңейтілген спектр жүйелерінде әр хабар тарату сигналдары қарапайым модуляциаланған сигналмен салыстырғанда кең радиожиілік жолағын қажет етеді. Кең жиілік жолағы кейбір пайдалы қасиеттер мен сипаттамаларды алуға мүмкіндік береді.

Спектрді кеңейту сигналды құрастыру әдісін іске асырады. Кеңейтілген спектр қосымша модуляцианың көмегімен тек қана сигнал спектрінің кеңдігін қамтамасыз етіп қоймайды. Ол оның басқа да сигналдарға әсерін әлсіретеді. Қосымша модуляциа таратылатын хабармен ешқандай байланысы жоқ.

Келесі потенциалды артықшылықтарының арқасында кең жолақты жүйелер қолдануда:

Кеңейтілген спектрмен жүйелер архитектурасына және пайдаланатын модуляциа түріне сәйкес келесі негізгі топтарға бөлінеді.

Кездейсоқ тізбектердің көмегімен спектрдің тура кеңейтілуі,

3 суретте спектрдің тура кеңейту жүйесінің концептуалды сұлбасы көрсетілген, кездейсоқ тізбектердің негізінде.( а – PSK- мен және келесі спектрмен сигналдар таратқышы, б – жиіліктік модуляциалау жолғындағы кеңейтілген спектрмен таратқыш, в – қабылдағыш )

Бірінші модуляторда аралық жиіліктегі екілік цифрлық сигналдың d(t) хабарымен таратылатын fb = 1/Тb. Жиілігімен нөлге қайта оралусыз форматындағы (NRZ) сигналдардың фазалық манипуляциасы іске асады.


3- сурет. Спектрдің тура кеңейту жүйесінің құрылымы.

Жылжымалы радиобайланыс жүйесінің бір сотасының аралығында, бір уақытта пайдаланатын бірнеше абонентттер болады. Олардың әрқайсысы fрч

Жүргізуші жиілікті пайдаланады және Врч бір жиілік жолағын ұстайды.

Кеңейтілген спектрмен сигналдарды құру процесі, көпарналы ұрықсат жүйелерінде екі деңгей арқылы өтеді: модуляциа және спектрді кеңейту (немесе ПСП арқылы екіншілік модуляциа ). Екіншілік модуляциа g(t)s(t). көбейтудің идеалды операциасының көмегімен іске асады. Осындай көбейтуден екі жолақты амплитудалық модуляциа сигналы құралады. Бірінші және екінші модуляторлардың орнын, жүйенің потенциалды сипаттамаларын ешбір өзгертусіз орнын ауыстыруға болады.

Кеңейтілген спектрмен g(t)s(t) сигналы қажетті радиожиілікке дейін жоғары қарай түрлендіреді. Жиілікті жоғары және төмен түрлендіру көптеген жүйелерге тәжірибелік қажет болғанымен бұл кезең анықтаушы болып саналмайды. Сондықтан да алдағы уақытта g(t)s(t) сигналы аралық жиілікте қабылданады және жіберіледі деп есептейміз.

Осылай қабылдағыштың кірісіне РЖ бір жолақта болатын кеңейтілген спектрне тәуелсіз М сигналдардың қосындысы түседі.

ПСП корреляциаланбаған сигналдардың ансамблі таңдалған болса, спектрді қысу операциасынан кейін тек қана модуляциаланған пайдалы сигнал сақталынады. Басқа да сигналдар корреляциаланбаған болғандықтан кеңжолақтықты сақтайды және спектр екі демодулятор сүзгішінің өткізу жолағының шегінен асады. 4 суретте жеңілдетілген уақыттық және спектралды диаграммалар келтірілген. Бұл суретте сигналдың спектрлерін қысу және кеңейту процестері сапалы түрде көрсетіледі. Жалпы түрде бұларда жүргізуші сигналы жоқ.


4 сурет. Спектрді кеңейту кезіндегі диаграммалар

Кеңейтілген спектр жүйесінің жұмыс жиілігін программалық құрастыру жолымен құралған концепциасы тура кеңейтілген спектр концепциасяна ұқсас. Бұнда ПСП екілік генератор синтезатор жиілігін басқарады. Оның көмегімен бір жиіліктен басқа жиілікке ауысу («перескок») іске асады. Осылай бұл жерде спектрі кеңейту әсері кездейсоқ жүргізуші жиілігін кездейсоқ құрастырудың арқасында іске асады. Оның мәні f1,...,fN берілген жиіліктер ішінен таңдалынады, N мәні бірнеше мыңға дейін жетуі мүмкін.

Егер хабарларды қайта құру жылдамдығы ( жиілікті алмастыру жылдамдығы) хабарларды тарату жылдамдығынан асса, онда жылдам жиілікті қайта құру жүйесін аламыз. Егер қайта құру жылдамдығы хабарларды тарату жылдамдығынан аз болса, онда қайта құру интервалына бірнеше бит беріледі және баяу жиілікті қайта құру жүйесін аламыз.

5- суретте жиелікті қайта құру жүйесінің таратушы және қабылдаушы бөліктерінің құрылымдық схемасы көрсетілген.


Қателерді түзетіп кодалау

Цифрлық жиілік синтезаторы

Жиілікті көбейткіш

ПСП генераторы
f0


d(t) 1 бит

l рет
m-1 бит
2m жиіліктік арналар

Тактылық импульстер

А)


PSK демодуляторы

Қателерді түзету

Жиілікті көбейткіш


Цифрлық жиілік синтезаторы


ПСП генераторы


ССЗ дискриминаторы

ССЗ сүзгісі


Кернеумен басқарылатын тақтылық генератор
d(t)




m-1 бит

5 сурет- Жиілікті программалық қайта құру жүйесі


Кеңейтілген спектрі бар жүйелерде жұмысшы жиілікті қайта құру жолымен соңғысы әрбір қайта құру интервалы кезінде тұрақты болып сақталынады, бірақ интрервалдан интервалға ауысқанда өзгеріп отырады. Тарату жиіліктері тізбектей немесе параллель түрде келіп түсетін және m- екілік символдары болатын (биттер) кодпен ( «сөздермен» ) басқарылатын цифрлық жиілік синтезаторымен қалыптасады. Әрбір m- биттік сөзге немесе оның бөлігіне жиіліктің М=2 m бөлігі сәйкес келеді. Жиіліктерді қайта құруды жүзеге асыру үшін М=2 m, m=2,3 жиіліктері болғанымен олардың барлығы нақты жүйеде толығымен қолданылмайды. Кеңейтілген спектрі бар жүйелер жұмыстық жиілікті программалық қайта құру жолы арқылы баяу жылдам және орташа жылдамдығы бар жүйелерге бөлінеді.

Баяу қайта құру жылдамдығы бар қайта құру жылдамдығы fh хабар тарату жылдамдығынан fb аз болады. Осылайша, қайта құру интервалында басқа жиілікке ауысу жүзеге аспас бұрын екі бит немесе одан да көп ( кейбір жүйелерде 1000- нан жоғары) хабарлар берілуі мүмкін. Орташа қайта құру жылдамдығы бар жүйелерде қайта құру жылдамдығы хабарды тарату жылдамдығына тең. Ең үлкен таратуды баяу және жылдам қайта құруы бар жұмыс жиілігінің жүйелері алды.


Қабылдағыштардың синхронизациясы үшін кеңейтілген спектрі бар сигналдарды қабылдау үшін синхронизацияның 3 құрылғысы қажет:

- тасымалдаушылардың фазалық синхронизациясы ( тасымалдаушы-ларды қайта қалпына келтіру );

- символдық синхронизация ( тактылық жиілікті қалпына келтіру)

- кодтық немесе кездейсоқ жүйелерді қалпына келтіруші генераторлардың уақыттық синхронизациясы.




Уақыттық синхронизация екі кезеңді қамтамасыз етеді және сол аралықта келесілер орындалады:


8 лекция. Сымсыз жергілікті желілер
1999 жылы IEEE сымсыз желі өнімдері үшін 11 Mbps жылдамдықпен жұмыс жасайтын IEEE 802.11b стандартын (Ethernet-ке ұқсас ) бекітті. Әртүрлі өндірушілердің өнімдерінің жинағы Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA) деп аталынатын тәуелсіз ұйыммен кепілдендіріледі. Бұл ұйым 1999 жылы сымсыз байланыс өнеркәсібінің басшыларымен құрылған.Қазіргі уақытта 80-нен аса компания WECA-ның мүшесі болып келеді. Соның ішінде Cisco, Lucent,IBM, Apple, Dell, Siemens, AMD және т.б сияқты атақты өндірушілер де бар. Wi-Fi (WECA термині IEEE 802.11b үшін) талаптарын қанағаттандыратын өнімдермен WECA сайтында танысуға болады.

Барлық стандарттар секілді IEEE 802, 802.11 стандарттары ISO/OSI үлгісінің төменгі екі деңгейінде, яғни физкалық және арналық деңгейде жұмыс жасайды. Кез- келген желілік қосымша, желілік операциялық жүйе немесе протокол (хаттама) ( мысалы, TCP/IP) 802.11 желісінде Ethernet желісіндегідей жақсы жұмыс жасайды.

802.11b стандартының алғашқы архитектурасы, ерекшеліктері және қызметі алғашқы 802.11 стандартында анықталады. 802.11b спецификациясы рұқсаттың жоғарғы жылдамдығын қосып, тек физикалық деңгейді ғана анықтайды.

802.11 стандарты құрылғының екі үлгісін анықтайды. Біріншісі, сымсыз желілік интерфейстік картамен жабдықталған компьютерді ұсынатын клиент (Network Interface Card, NIC) және екіншісі, сымсыз және желілік желілердің арасында көпір ролін атқаратын рұқсат нүктесі (Access point, AP). Әдетте, рұқсат нүктесінің құрамында қабылдап- таратушы, желілік желі интерфейсі (802.3) және деректерді өңдеумен айналысатын программалық қамтамасыз ету кіреді. Сымсыз станция ретінде ISA, PCI және 802.11 стандартындағы PC Card желілік картасы немесе нақты шешімдер, мысалы 802.11 телефондық гарнитурасы қолданылуы мүмкін.

Физикалық деңгейде таратудың екі кең жолақты радиожиіліктік әдісі және оның біреуі инфрақызыл диапазонда анықталады.

Радиожиіліктік әдістер ISM-де 2,4 ГГц диапазонында жұмыс істейді және 83 МГц тен 2,400 ГГц пен 2,483 ГГц-ке дейінгі жолақты қолданады. Радиожиіліктік әдістерде қолданылатын кеңжолақты сигнал технологиялары сенімділікті, өткізгіштік қабілетті арттырады және көптеген бір- біріне байланысы жоқ құрылғылар үшін бір- біріне өте аз бөгеуілдері болатын бір жиілік жолағын қолдануға мүмкіндік береді.

802.11 стандарты түзу тізбектік әдісті (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS) және жиіліктік секіріс әдісін (Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS) қолданады. Бұл әдістердің бір- бірінен координальды айырмашылығы болады және бір- біріне сәйкес келмейді.

802.11 стандартында инфрақызыл диапазонда (IR) тарату әдісін орындау бағытталмаған сигналдың (diffuse IR) хабарлағышпен ИК сәулеленуіне негізделген. Қабылдағыш пен сәулелендіргіштен сәйкес хабар талап ететін бағытталған тапсырма орнына берілген ИК сигнал төбеге сигнал таратады. Содан кейін, сигналдың қайтарылуы және оның қабылдануы жүзеге асады. Бұл әдістің бағытталған сәулеленулерді қолданумен салыстырғанда көптеген артықшылықтары бар, сонымен қатар кемшіліктері де бар. Олар: толқын ұзындығы берілген (850 – 950 нм) диапазонда ИК сәулеленуді қайтаратын төбе қажет және барлық жүйелердің әрекет радиусы 10 метрмен шектелуі керек. Сондай- ақ, ИК сәулелері ауа- райы жағдайын сезгіш келеді, сондықтан бұл әдісті ғимарат ішінде қолдану ұсынылады.

Деректерді таратудың екі жылдамдығы - 1 және 2 Mbps қолданылады. 1 Mbps жылдамдықты қолданған кезде деректер тобы модуляция уақытында әрқайсысы 16 импульстің біріне кодаланатын квартеттерге бөлінеді. 2 Mbps жылдамдық кезінде модуляция әдісі өзгешелеу болады. Деректер тобы әрқайсысы төрт импульстің біріне модуляцияланатын биттік жұптарға бөлінеді.

Жиіліктік секіріс FHSS әдісін қолданған кезде 2,4 ГГц жолағы 1 МГц –тен 79 арнаға бөлінеді. Таратушы және қабылдап алушылар арналарды ауыстырып қосу схемасына алдын-ала келісіп алады (таңдауда 22 схема бар ) және деректер осы схеманы қолданып, әртүрлі арналармен жүйелі түрде жіберіледі. 802.11 желісінде әрбір деректі тарату әртүрлі қосылу схемаларымен жүреді, ал схемалардың өздері екі таратушының да біруақытта бір арнаны қолдану мүмкіндігін азайту үшін өңделіп шығарылған. FHSS әдісі қабылдап- таратушының өте қарапайым схемасын қолдануға мүмкіндік береді, бірақ та ол 2 Mbps максимальды жылдамдықпен шектелген. Бұл шектеу FHSS жүйесінің 2,4 ГГц диапазонды әрбір арнаға 1 МГц-ке тең етіп бөлуінен шығып отыр. Бұл арналарды жиі ауыстырып қосу жүретіндігін білдіреді ( мысалы, АҚШ- та секундына ең минимальды 2,5 ауыстырып қосу жылдамдығы орнатылған) және бұл өз кезегінде шығындардың артуына алып келеді.

DSSS әдісі 2,4 ГГц диапазонды 14 бөліктелген арналарға бөледі. Бірнеше арналардың біруақытта және бір жерде қолданылуы үшін, сонымен қатар өзара бөгеуілдерді болдырмау үшін олар бір- бірінен 25 МГц жерде тұруы керек. Осылайша, бір жерде және бір уақытта ең көп дегенде 3 арна қолданылуы мүмкін. Деректер басқа арналарға қосылмай тек бір арна бойымен жіберіледі. Бөгде шуылдарды компенсациялау үшін қолданушының деректерінің әрбір биті таратылған деректердің 11 битіне ауысқан кезде Баркердің 11 биттік тізбегі қолданылады. Әрбір бит үшін мұндай артықтылық таратылатын сигналдың қуатын төмендете отырып таратудың сенімділігін арттыруға көмектеседі. Егер де сигналдың бір бөлігі өшіп қалатын болса, ол көптеген жағдайларда қалпына келтіріледі. Осылайша, деректерді қайтадан тарату саны азаяды.

802.11b негізгі стандартына енгізілген негізгі толықтыру ол- 5,5 және 11 Mbps деректерді таратудың екі жаңа жылдамдығын қолдану. FCC- пен шектелген жиіліктік секірістер әдісі өте жоғары жылдамдықтарды қолдай алмайтындықтан, осы жылдамдықтарға жету үшін DSSS әдісі таңдалып алынған. Бұдан көретініміз, 802.11b жүйесі 802.11-дің DSSS жүйелерімен сәйкес келеді., бірақ FHSS 802.11 жүйелерімен жұмыс жасамайды.

802.11b өте шулы орталарды қолдау, сонымен қатар өте үлкен қашықтықтағы жұмыстар үшін радиоарна қасиеттеріне тәуелді деректерді тарату жылдамдығын автоматты түрде өзгертуге мүмкіндік беретін жылдамдықтың динамикалық ығысуын қолданады. Мысалы, егер бөгеуілдер деңгейі жоғарыласа, онда қолданушы 11 Mbps максимальды жылдамдықпен қосыла алады немесе қолданушы үлкен қашықтыққа ауысады және осы кезде мобильді құрылғы 5,5, 2 және 1 Mbps жылдамдықта тарату жүргізе алады. Егер де өте жоғарғы жылдамдықта тұрақты жұмыс мүмкін болса, онда мобильді құрылғы автоматты түрде өте жоғарғы жылдамдықпен тарату жүргізе бастайды.Жылдамдықтың ығысуы физикалық деңгей механизмі және қолданушы мен жоғары деңгейлер үшін мөлдір болып келеді.

802.11 арналық деңгейі екі деңгейәшеден тұрады: логикалық байланыспен басқару (Logical Link Control, LLC) және тасымалдаушыны рұқсатпен басқару (Media Access Control, MAC).802-нің басқа да желілері секілді 802.11 сымсыз және желілік желілерді оңай байланыстыратын логикалық байланыспен басқаруды (LLC ) және 48- биттік бағыттауды қолданады, бірақ тасымалдаушыны рұқсатпен басқару (MAC) деңгейінің кардиналды айырмашылығы болады. 802.11 MAC деңгейі қолданушы тасымалдаушылар рұқсатын тексеретін кезде ортақ тасымалдаушыларда көптеген қолданушыларды қолдайтын 802.3- те іске асырылған деңгейге ұқсайды. 802.3 Ethernet желілері үшін Ethernet станцияларының желілі станцияларға қалай рұқсат алатынын және бірнеше құрылғы желі бойынша біруақытта байланыс орнатуға тырысса, олар коллозияларды табуын және өңдеуін анықтайтын Carrier Sence Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) протоколы қолданылады. Коллозияларды анықтау үшін станция біруақытта қабылдау және тарату қабілеттеріне ие болуы керек. 802.11 стандарты жартылай дуплексті қабылдап- таратушышыны қолдануын қарастырады, сондықтан сымсыз желілердегі 802.11 станциясы тарату кезінде коллозияларды анықтай алмайды.

Бұл айырмашылықты ескеру үшін 802.11 Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA), немесе Distributed Coordination Function (DCF) деп аталынатын танымал модификацияланған протоколды қолданады. CSMA/CA пакетті айқын растауды қолдау (ACK) жолымен коллозиядан құтылуға тырысады, бұл қабылдаушы станциялардың жіберілген пакетті ақаусыз қабылдағаны туралы ақпарат алуы үшін ACK пакетті жіберуін білдіреді.

Арнаның бостығын анықтау үшін арнаның тазалығын бағалау алгоритмі (Channel Clearance Algorithm, CCA) қолданылады. Оның мәні антеннадағы сигналдың энергияларын өлшеу және қабылданған сигналдың қуатын (RSSI) анықтау болып табылады. Егер қабылданған сигнал энергиясы анықталған мөлшерден төмен болса, онда арна бос болып табылады және MAC деңгейі CTS статусына ие болады. Егер қуат анықталған мәннен жоғары болса, онда протокол ережелеріне сәйкес деректерді тарату кідіреді. Бұл стандарт арнаның бостығын анықтау үшін тасымалдаушыларды тексеру әдісін RSSI өлшеумен бірге немесе бөлек қолдануға мүмкіндік береді. Бұл әдіс сол тасымалдаушы типіне тексеру жүргізу көмегімен және 802.11 спецификациясымен ішінара қолданылады. Қолдану үшін жақсы әдіс жұмысшы облыстағы бөгеуілдер деңгейіне тәуелді болып келеді.

Осылайша, CSMA/CA радиоарна бойынша рұқсатты бөлу әдісін көрсетеді. Айқын растау механизмі бөгеуіл проблемаларын нәтижелі шешеді. Бірақ та ол 802.3- те жоқ кейбір қосымша шығындарды қосады, сондықтан 802.11 желілері әрқашанда Ethernet жергілікті желілерімен эквивалентті баяу жұмыс жасайды.

Сонымен, 802.11 MAC деңгейі CRC есептеуі мен пакеттер фрагментациясына мүмкіндік береді. Әрбір пакеттің өзінің есептесетін және пакетке бекітілетін CRC бақылау сомасы болады. Бұл жерде қателерді өңдеумен айналысатын өте жоғарғы деңгей протоколдарының ( мысалы, TCP) Ethernet желілерінен айырмашылығы байқалады. Пакеттер фрагментациясы радиоарна бойымен тарату жүргізген кезде үлкен пакеттерді кішкеентай пакеттерге бөлуге мүмкіндік береді.Бұл бөгеуілдер болған жағдайда пайдалы, себебі кішкентай пакеттердің ақаулы болу үміті аз. Бұл әдіс қайта тарату қажеттілігін азайтады және барлық сымсыз желілердің өнімділігін жоғарылатады. MAC деңгейі қабылданған фрагменттердің жинағына жауапты және осы процестерді жоғарғы деңгей протоколдары үшін « мөлдір» етеді.



Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации