Множественный доступ с временным разделением ТDМА

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 5

В методе ТDМА каждый частотный канал разделяется во времени между несколькими пользователями, т.е. по очереди предоставляется нескольким пользователям на определенные промежутки времени.

Практическая реализация метода ТDМА требует преобразования сигналов в цифровую форму и «сжатия» информации во времени. Цифровая обработка сигналов и схема ТDMA используются в стандартах D-AMPS, GSM. В стандарте D-AMPS: при сохранении той же полосы частотного канала Δ f = 30 кГц, что и в аналоговом стандарте AMPS, число ФК возрастает втрое и более чем втрое возрастает емкость системы.

Однако метод ТDМА не реализует всех возможностей по эффективности использования спектра; дополнительные резервы открываются при использовании иерархических структур и адаптивного распределения каналов. Преимущество в этом отношении имеет метод CDMA.

26..Пути повышения ёмкости системы сотовой связи.

Способы повышения емкости в системах сотовой связи можно разделить на 4 группы.
1. Совершенствование методов обработки сигналов ( в частности, переход от аналоговой обработки к цифровой), сопровождаемый переходом к более совершенным методам множественного доступа – от FDMA к TDMA и к CDMA, а в пределах TDMA – переход от полноскоростного кодирования речи к полускоростному.
2. Дробление ячеек, т.е. переход к меньшим ячейкам в районах с интенсивным трафиком при том же коэффициенте повторного использования частот; число БС при этом соответственно увеличивается, а мощность излучения (как для БС, так и для ПС) снижается. Тот же эффект достигается при использовании на БС секторных антенн, например с разделением ячейки на 3 сектора (при 120-градусных секторах) и использованием в каждом из секторов своей полосы частот. Практически ячейки с радиусом менее 300-500 м неудобны, так как чрезмерно возрастает поток передач обслуживания. Выход может быть найден в использовании многоуровневых (иерархических) схем построения сотовой сети с обслуживанием в крупных ячейках (макросотах) быстро перемещающихся абонентов (автомобилистов), а в более мелких (микросоты, пикосоты) – малоподвижных абонентов, например покупателей в пределах торгового центра
В некоторых случаях может оказаться необходимым не дробить, а укрупнять ячейки, если трафик столь мал, что не обеспечивает достаточной загрузки БС. Если при этом радиус ячейки превышает номинальную дальность действия передатчика БС и/или ПС, то для обеспечения связи в удаленных частях ячейки приходится использовать повторители, выполняющие роль ретрансляторов.
3. Использование адаптивного назначения каналов (АСА) в методах доступа с частотным и временным разделением каналов (FDMA и TDMA). При данном подходе частотные каналы (все или частично) находятся в оперативном распоряжении ЦК, который выделяет их для пользования отдельным ячейкам (БС) по мере поступления заявок (вызовов), т.е. в соответствии с реальной интенсивностью трафика, но при соблюдении необходимого территориально-частотного разноса. Такой адаптивный алгоритм сложнее, но он может обеспечить повышение емкости системы за счет гибкого отслеживания флуктуаций трафика. Алгоритмы адаптивного назначения каналов используются в беспроводном телефоне, но в сотовой связи широко распространения не получили. Адаптивным по существу является назначение физических каналов в методе CDMA, что позволяет в некоторых пределах перераспределять нагрузку между разными ячейками.
4. Расширение выделяемой полосы частот. Но в условиях жестких ограничений на доступные полосы частот данный подход не является перспективным.

27. Кодирование речи в системе сотовой связи GSM.

GSM является цифровой системой, и, следовательно, аналоговая речь, поступающая в систему, должна быть оцифрована.

Кодер речи является первым элементом собственно цифрового участка передающего тракта АЦП. Основная задача кодера – предельно возможное сжатие сигнала речи, представленного в цифровой форме, т.е. предельно возможное устранение избыточности речевого сигнала, но при сохранении приемлемого качества передачи речи. Компромисс между степенью сжатия и сохранением качества отыскивается экспериментально, а проблема получения высокой степени сжатия без чрезмерного снижения качества составляет основную трудность при разработке кодера. В приемном тракте перед ЦАП размещен декодер речи; задача декодера – восстановление обычного цифрового сигнала речи (с присущей ему естественной избыточностью) по принятому кодированному сигналу. Сочетание кодера и декодера называют кодеком.

Кодирование источника сигнала, или кодирование параметров сигнала, первоначально основывался на данных о механизмах речеобразования, т.е. этот метод использовал своего рода модель голосового тракта и приводил к системам типа анализ-синтез, получившим название вокодерных систем, или вокодеров (кодер голоса или кодер речи). Ранние вокодеры позволяли получать весьма низкую скорость передачи информации, но при характерном «синтетическом» качестве речи на выходе. Поэтому вокодерные методы долгое время оставались в основном областью приложения усилий исследователей и энтузиастов, не находя широкого практического применения.

Ситуация существенно изменилась с появлением метода линейного предсказания, предложенного в 1960-х годах и получившего мощное развитие в 1980-х годах на основе достижений микроэлектроники.

В настоящее время в системах подвижной связи получили распространение вокодерные методы на основе метода линейного предсказания. Суть кодирования речи на основе метода линейного предсказания (Linear Predictive Coding – LРС) заключается в том, что по линии связи передаются не параметры речевого сигнала, а параметры некоторого фильтра, в определенном смысле эквивалентного голосовому тракту, и параметры сигнала возбуждения этого фильтра. В качестве такого фильтра используется фильтр линейного предсказания. Задача кодирования на передающем конце линии связи заключается в оценке параметров фильтра и параметров сигнала возбуждения, а задача декодирования на приемном конце – в пропускании сигнала возбуждения через фильтр, на выходе которого получается восстановленный сигнал речи.

Значения коэффициентов предсказания, постоянные на интервале кодируемого сегмента речи (на практике длительность сегмента составляет 20 мс), находятся из условия минимизации среднеквадратического значения остатка предсказания на интервале сегмента.

Таким образом, процедура кодирования речи в методе линейного предсказания сводится к следующему:

оцифрованный сигнал речи нарезается на сегменты длительностью 20 мс;

для каждого сегмента оцениваются параметры фильтра линейного предсказания и параметры сигнала возбуждения; в качестве сигнала возбуждения в простейшем случае может выступать остаток предсказания, получаемый при пропускании сегмента речи через фильтр линейного предсказания с параметрами, полученными из оценки для данного сегмента;

параметры фильтра и параметры сигнала возбуждения кодируются по определенному закону и передаются в канал связи.

Процедура декодирования речи заключается в пропускании принятого сигнала возбуждения через синтезирующий фильтр известной структуры, параметры которого переданы одновременно с сигналом возбуждения.

Во-первых, линейное предсказания – кратковременное предсказание (STP – Short-Term Prediction) не обеспечивает достаточной степени устранения избыточности речи. Поэтому в дополнение к кратковременному предсказанию используется еще долговременное предсказание (LTP – Long-Term Prediction), в значительной мере устраняющее остаточную избыточность и приближающее остаток предсказания по своим статистическим характеристикам к белому шуму.

В стандарте GSM используется метод RPE-LTP (Regular Pulse Excited Long Term Predictor – линейное предсказание с возбуждением регулярной последовательностью импульсов и долговременным предсказателем).

Блок предварительной обработки кодера осуществляет:

предыскажение входного сигнала при помощи цифрового фильтра, подчеркивающего верхние частоты;

нарезание сигнала на сегменты по 160 выборок (20 мс);

взвешивание каждого из сегментов окном Хэмминга («косинус на пьедестале» – амплитуда сигнала плавно спадает от центра окна к краям).

Далее для каждого 20-миллисекундного сегмента оцениваются параметры фильтра кратковременного линейного предсказания – 8 коэффициентов частичной (порядок предсказания М = 8), которые для передачи по каналу связи преобразуются в логарифмические отношения площадей, причем для функции логарифма используется кусочно-линейная аппроксимация.

Сигнал с выхода блока предварительной обработки фильтруется решетчатым фильтром-анализатором кратковременного линейного предсказания и по его выходному сигналу (остатку предсказания) оцениваются параметры долговременного предсказания: коэффициент предсказания и задержка. При этом 160-выборочный сегмент остатка кратковременного предсказания разделяется на 4 подсегмента по 40 выборок в каждом.

В качестве сигнала возбуждения выбирается та из последовательностей, энергия которой больше. Амплитуды импульсов нормируются по отношению к импульсу с наибольшей амплитудой, и нормированные амплитуды кодируются тремя битами каждая при линейной шкале квантования. Абсолютное значение наибольшей амплитуды кодируется шестью битами в логарифмическом масштабе. Положение начального импульса 13-элементной последовательности кодируется двумя битами, т.е. кодируется номер последовательности, выбранной в качестве сигнала возбуждения для данного подсегмента.

Таким образом, выходная информация кодера речи для одного 20-миллисекундного сегмента речи включает параметры:

фильтра кратковременного линейного предсказания;

фильтра долговременного линейного предсказания

сигнала возбуждени.

Число битов, отводимых на кодирование передаваемых параметров, для одного 20-миллисекундного сегмента речи передается 260 бит информации, т.е. рассмотренный речевой кодер осуществляет сжатие информации по отношению к несжатому оцифрованному речевому сигналу (20 миллисекундному сегменту соответствует 160 восьмиразрядных отсчетов или 1280 битов) почти в 5 раз (1280: 260 = 4, 92). Перед выдачей в канал связи выходная информация кодера речи также подвергается дополнительно канальному кодированию.

Речь разделяется на 20 миллисекундные фрагменты, каждый из которых кодируется в 260 битов, давая суммарную скорость передачи 13 kbps.

Декодер. Последовательность выполняемых им функций иллюстрируется на рис. 3.4. Блок формирования сигнала возбуждения, используя принятые параметры сигнала возбуждения, восстанавливает 13-импульсную последовательность сигнала возбуждения для каждого из подсегментов сигнала речи, включая амплитуды импульсов и их расположение во времени. Сформированный таким образом сигнал возбуждения фильтруется фильтром-синтезатором долговременного предсказания, на выходе которого получается восстановленный остаток предсказания фильтра-анализатора кратковременного предсказания.

Последний фильтруется решетчатым фильтром-синтезатором кратковременного предсказания, причем параметры фильтра предварительно преобразуются из логарифмических отношений площадей, в коэффициенты частичной корреляции. Выходной сигнал фильтра-синтезатора кратковременного предсказания фильтруется (в блоке постфильтрации) цифровым фильтром, восстанавливающим амплитудные соотношения частотных составляющих сигнала речи, т.е. компенсирующим предыскажение, внесенное входным фильтром блока предварительной обработки кодера. Сигнал на выходе постфильтра является восстановленным цифровым сигналом речи.

28..Канальное кодирование в системе сотовой связи GSM.

Канальное кодирование в стандарте GSM Кодер канала - второй (и последний) элемент цифрового участка передающего тракта. Он следует после кодера речи и предшествует модулятору, осуществляющему перенос информационного сигнала на несущую частоту. Основная задача кодера канала - помехоустойчивое кодирование сигнала речи, т.е. такое его кодирование, которое позволяет обнаруживать и в значительной мере исправлять ошибки, возникающие при распространении сигнала по радиоканалу от передатчика к приемнику. Помехоустойчивое кодирование осуществляется за счет введения в состав передаваемого сигнала довольно большого объема избыточной (контрольной) информации. В английской терминологии такое кодирование носит наименование Forward Error Correcting coding (FEC coding), т.е. кодирование с упреждающей коррекцией ошибок, или кодирование с коррекцией ошибок на проходе.

Канальное кодирование в стандарте GSM В сотовой связи помехоустойчивое кодирование реализуется в виде трех процедур: 1.блочного кодирования (block coding); 2.сверточного кодирования (convolutional coding); 3.перемежения (interleaving). Кроме того, кодер канала выполняет еще ряд функций: добавляет управляющую информацию, которая, в свою очередь, также подвергается помехоустойчивому кодированию; упаковывает подготовленную к передаче информацию и сжимает ее во времени; осуществляет шифрование передаваемой информации, если таковое предусмотрено режимом работы аппаратуры.

Блочное кодирование Избыточное кодирование информации можно разделить на два метода – это блочное кодирование и сверточное. При блочном кодировании информация делится на блоки определенной длины, и каждый блок кодируется отдельно. Простейшим примером блочного кодирования является дополнение до четности. В этом случае каждый блок делится на группы, которые дополняются одним битом со значением единица или ноль, в зависимости от того четное или нечетное количество единиц в исходной группе. это есть избыточность

Блочное кодирование обладает высокой надежностью, простотой реализацией, и получило широкое распространение. Существует большое разнообразие блочных кодов, обладающих различными возможностями по обнаружению и исправлению ошибок, среди которых наиболее известны коды Хемминга.

Сверточные коды работают со всем массивом данных, не деля его на части. В простейшем случае, в исходные данные добавляются проверочные символы, представляющие собой сумму двух символов исходных данных. Рассмотрим для примера работу сверточного кода, в котором проверочные символы вставляются между всеми символами исходного кода и представляют собой сумму двух смежных символов исходного кода. Закодируем с помощью этого метода следующую бинарную последовательность данных: 100 100 110 101

При приеме данных происходит их декодирование, т.е. суммируются соседние биты исходных данных и сравниваются с их проверочным битом. Если для двух соседних проверочных битов была зафиксирована ошибка, то общий информационный бит для этих двух проверочных битов - неверен. Для исправления ошибки необходимо заменить его на противоположный. Если для одного проверочного символа была зафиксирована ошибка, а два соседних проверочных символа ошибку не показали, это означает, что сбой произошел в проверочном символе, а информационные биты корректны. 110 001 110 001 101 101 110 11 Для уточнения, где именно произошла ошибка, проверяются соседние пары информационных бит.

29. Модуляция несущей в системе сотовой связи GSM.

⇐ Предыдущая 1 2 3 45