ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

 

 

«Алматы энергетика және байланыс институтының»

Коммерциялық емес акционерлік қоғамы

 

 

 


 

 

 

 

жылжымалы телекоммуникациялық радиожүйелер

 

Оқу құралы

 

 

Алматы 2008

Оқу құралы жылжымалы телекоммуникациялық радиожүйелерге арналған және жылжымалы  байланыс жүйелеріне қатысты пәндерді оқу кезінде қажет. Оқу құралында жылжымалы телекоммуникациялық радиожүйелердің мақсаты, стандарттардың сипаттамасы мен қолданылатын аппараттурасы қарастырылады, сонымен бірге арналары кодалық бөлінген жылжымалы байланыс жүйелерінің (CDMA) теориялық негіздері сипатталанады. Оқу құралы 380000 бағытындағы – Радиоэлектроника және телекоммуникация мамандықтарының барлық оқу түрінің студенттеріне арналған.

 

Мазмұны

Кіріспе

 1 Әмбебап жылжымалы телекоммуникациялық радиожүйелерге өту

1.1 Қысқаша ретроспектива

1.2 2 ұрпақтың сандық стандарттарының дамуы 

1.3 Арналарды бөлу технологиялары

1.4 3 ұрпақ жүйелерінің қызметтері

1.5 3 ұрпақ жүйелеріне өтудің құрылымы

2 Технологиялық  радиожүйелерде спектрдің кеңеюі

2.1 Спектрді кеңейтудің артықшылықтары

2.2 Спектрі кеңейтілген жүйелердің негізгі концепциялары

2.3 Псевдокездейсоқ тізбектер

2.4 Спектрі тікелей кеңейтілген жүйелердің сипаттамалары

3 Арналары кодпен бөліну негізіндегі көп станциялық рұқсат (АКБКР): спектрі тікелей кеңейтілген жүйелер және жұмыс жиілігі тікелей ауысатын   жүйелер

3.1 АКБКР: қызмет ету қағидалары

3.2 Спектрі тікелей кеңейтілген жүйелерде жақын және алыс пайдаланушылар құратын бөгеуілдер мәселелері

3.3 Спектрі кеңейтілген АКБКР жүйелерінде қуатты адаптивті басқару

4 Жұмыс жиілігін ауыстыру жолымен спектрі кеңейген жүйелер

4.1 Жұмыс жиілігі ақырын өзгеретін жүйелер

4.2 Жиілігі тең ауысатын жүйелер

4.3 Жұмыс жиілігі ауысатын жүйелердің бөгеуілдер әсері кезіндегі  сипаттамалары

4.4 Уақыттық ыдырау:жұмыс жиілігі ауысқан жүйенің көп сәулелік әсерінен  туындайтын бөгеуілдер әсеріне  тұрақтылығы

4.5 Спектрі тікелей кеңейтілген және жұмыс жиілігі ауысатын АКБКР жүйелерін салыстыру

5 Спектрі кеңейген жүйелерді синхрондау

        5.1 Спектрі тікелей кеңейтілген сигналдарды іздеу

5.2 Жұмыс жиілігі ауысатын сигналдарды іздеу және ізіне түсу

Әдебиеттер тізімі

  4

  6

  6

  8

14

16

33

38

38

39

44

50

54

58

59

60

62

6

64

65

67

67

68

71

76

 

Кіріспе 

Соңғы жылдары телекоммуникациялық радиожүйелердің дамуы көшкін тәрізді орындалуда. Бұл әсіресе жылжымалы жүйелерге қатысты. Қазіргі кезде әлемде кең қолданысқа ие болған арналары жиіліктік, уақыттық, кодтық бөлінген жедел жүйелер (ұялы байланыстың AMPS, GSM, CDMA, транкингті EDACS, MPT1327 және т.б. стандарттары) пайдаланылады. Жылжымалы телекоммуникациялық радиожүйелер қызметтерін пайдаланушылар саны әрқашан өсуде. Бұл қызмет көрсету бойынша тарифтер мен пайдалынатын терминалдар құнының күрт төмендеуімен байланысты.

Алайда атап өтетін жай, бұл жүйелер бір-бірімен үйлеспейді және пайдаланушы әртүрлі жағдайларда әртүрлі терминалдарды пайдалануы тиіс (ұялы, пикоұялы DECT, транкингті, спутникті, пейджер). Сонымен қатар, әртүрлі елдерде дүниежүзілік роумингті қамтамасыз етпейтін жылжымалы радиобайланысының әртүрлі стандарттары қолданылады.

Барлық технологияларды бір стандартта үйлестіруді 1998-99 ж.ж. шыққан әмбебап жедел телекоммуникациялық жүйелердің жаңа стандарты   (UMTS) қамтамасыз етеді.

UMTS концепциясы (Universal Mobile Telecommunications System) 3 ұрпақтың жылжымалы телекоммуникация радиожүйенің құру шеңберінде орындалған.

ХХ ғ. соңының маңызды көптеген жобаларының бірі - ІМТ-2000. Оның негізгі мақсаты – сымсыз рұқсат, ұялы және спутникті байланыс жүйелердің жанұясының 3-ұрпағын құру болған. ІМТ-2000 стандарттар жанұясына қойылатын негізгі талаптар – арзан терминалдар, дүниежүзілік роумингті қамтамасыз ету, микроұялы, ұялы және спутникті желілер үшін әмбебап шешімдерді орындау. Техника дамуының қазіргі этабында екі режимді терминалдарды құру айтарлықтай қарапайымдалды және бір режимдіге қарағанда құнының артуы да елеусіз аз. Бұл факт жедел байланысының дамуында шешуші мезет болды. Көп режимді терминалдардың пайда болуы бірнеше жыл бұрын маңызды болып саналған ортақ стандарт мәселесін шешті. Бір диапазоннан екіншісіне, бір стандарттан екіншісіне немесе спутниктік арнадан ұялыға өту мүмкіндігі абонентке өзіне ең қажетті қызмет түріне таңдауға мүмкіндік береді. Сондықтан UMTS терминалдары бірнеше стандарттар желісінде жұмыс істейтін көп режимді болып табылады.

UMTS-ке және GSM секілді өзге сымсыз байланыс жүйелеріне рұқсат мүмкіндігі бар көпрежимді абоненттік аппаратар UMTS абоненттеріне UMTS қызметтері әлі де рұқсат етілмеген GSM ұялы байланыс стандартына рұқсатты сақтауға мүмкіндік береді.

Әлемде UMTS жаңа технологиясының пайда болуы жылжымалы байланыс аймағында жаңа компаниялардың енуіне рұқсат береді, себебі GSM стандартының барлық оператор-компаниялары UMTS байланысына лицензияны алу конкурсын жеңе алмайды да, тек бірнеше компания лицензияға ие болды. Нәтижесінде операторлары халқы тығыз орналасқан аймақтарда ғана байланыс қызметтерін көрсететін автономды желілер пайда болды. 

Болашақты анықтау тенденциясы жедел байланыстың өзге технологиялармен бірігуі болып табылады. Фиксирленген және жедел байланыс қызметтерінің конвергенция процесі басталып, орналасу орнын және жедел коммерцияны қоса жаңа облыстарды қамтиды. “Электронды компасы” бар жедел телефондар жақын арада автомобилистердің және өзге де осындай түрдегі қызмет керек болатын тұлғалардың ең алғашқы көмекшісі болды. Алайда, ең жоғарғы табыстар электронды коммерция аймағында болды. Алда көздеген мақсаттарға сай жедел телефон арқылы орындалатын банктік қызметтер түрі көбейеді. Олардың құрамына ақылы ақпарат – анықтама қызметі, электрондық төлемдердің әр түрі (авиабилеттер, автотұрақ т.б.) және болашақта банктік операцияларының барлық түрін жедел телефон арқылы орындау кіреді. Бұл жедел телефонды “қалта банкоматына” айналдырады.  

B-ISDN сандық желісінің интеграциясы тәжірибеде 3 ұрпақ жүйелерінде  АТМ технологияларының бірін пайдалану дегенді білдіреді. Мұның бәрі UMTS пен бірге қазір қолданыстағы және болашақтағы стационарлы және жылжымалы байланыс операторларына сапалы жаңа қызметтер және қызмет көрсетудің кең аймағында жұмыс істеуге мүмкіндік береді.

Соңғы жылдары телекомуникация жүйелердің дамуы көшкін тәрізді орындалады. Бұл біздің өмірімізге енген “мультимедия” түсінігіне байланысты. Ортақ қабылданған атаудың жоқ болуына немесе қабылданған атау байланыстың дамуының нақты периодында қолданылғандықтан, “мультимедия”  термині жоғарғы сапалы кеңжолақты және айтарлықтай әртүрлі ақпаратты таратумен байланысты жаңалықтардың бәрін білдіреді. 3 ұрпақ жүйелерінде қызметтер екі топқа бөлінеді: мультимедиялық емес (таржолақты сөз, төмен жылдамдықты мәліметтерді тарату, арналары коммутацияланатын желілер трафигі) және мультимедиялық (кеңжолақтық байланыстың ассиметриясы және интерактивті қызметтер, бейнені тарату және  Internet–ке жедел рұқсат) [2].

Жедел абоненттер үшін мультимедиялық қызметтерге қажеттіліктің тез өсуі 2 ұрпақ жүйелеріне қолданылатын жиіліктер жолағына қарағанда айтарлықтай кең жолақ керек. Ең қолданылатын  жоғарғы жолақтары 1 ГГц төмен болатындығына қарағанда, жиіліктер шегі артуда. ІМТ-2000 шекарасында жиіліктік диапазонның жоғарғы жиілігі 2,2 ГГц-ке  дейін жетті және бұл шек емес. Жақында бұл жилікті 2,5 ГГц-ке дейін көтеру жоспарланады. ITU-да келтірілген жобалар жаңа технологияларды құрудың мүмкін болатын жолдарын түгел қамтымаған .Мысалы, GPRS және EDGE жаңа технологияларының негізіндегі  GSM-ң эволюциялық даму жолдары UMTS IMT-2000 қызметтері біртіндеп енгізуге қолайлы  әдіс болып табылады. Дамыған  TDMA (IS-136) желілері UWC-136 стандартында орындалған.    

3 ұрпақтың жылжымалы телекоммуникациялық жүйелердің құрылуы қазіргі кезде 2 ұрпақ шықпағаннан осыдан 10 жыл  бұрын қиын болған. 2 ұрпақты енгізу әлемдік жарықта тез уақытта орындалып, ескі технологияларды “ығыстыру” жолымен жүзеге асты.

3 ұрпақ жүйелерін енгізумен қатар, ІМТ-2000 және 2 ұрпақ жүйелерінің бірге қолданылуының ұзақ периоды басталды. Ассортименттер  мен көрсетілетін қызметтер құнының әртүрлілігінің арқасында жаңа технологиялар біріне-бірі кедергі жасамайды, ал керісінше бірін-бірі толықтырады.

 1 Әмбебап жылжымалы радиожүйелерге өту

 1.1   Қысқаша ретроспектива 

Ұялы байланыс құрылуының тарихы  1947 жылы Белл лабораториясында (АҚШ) жылжымалы байланыс желілерін ұйымдастыру қағиданыңінің ұялы концепциясы дүниеге келуінен басталды. Ол кезде тек жедел байланыс желілерін ұйымдастыруының негізгі қағидасыі құрылған болатын. Тек 30 жылдан кейін 1970 ж. бұл қағида АҚШ-та AMPS  ортақ қолданыстағы жылжымалы байланыстың ұялы желісі түрінде орындалады. Аз өзгерістерден кейін ол Ұлыбритания мен Жапонияда да қолданылды. AMPS жүйесі 800 МГц  диапазонда жұмыс істеді және  дуплексті ығысуы 45 МГц  болатын  жиілік жолағының ені 25 МГц екі жолақты пайдаланды. Кейінірек Финляндияда желіні құрудың ұқсас қағидасыі пайдаланылды, 450 МГц диапазонынында жұмыс істейтін NMT-450 (Nardik Mobile Phone) стандарты ойланып табылды. Ол Скандинавияның кейбір Азия елдерінде кеңінен таралды. Кейіннен жаңа стандарт 200 МГц диапазонында қолданыла бастады. Ресейде ұялы байланыс тарихы NMT-450 стандартынан басталды, 1991 ж. Санк-Петербургте алғашқы байланыс оператор-компаниясы жұмыс істей бастады. Бұл бөлімше тек тез өсуге итермелеген бірінші ұрпағы еді. Кейіннен Қазақстанда, Ресейде, өзге де ТМД елдерінде  өзге стандарттың желілері пайда бола бастады. 1994 ж. MPS стандартының қызметінің көрсететін алғашқы оператор жұмыс істей бастады.

Алғашқы ұрпақ қондырғыларының сәйкес келмеуі осы желілердің абоненттеріне өте маңызды қызмет - роумингті ұйымдастыруды мүмкін емес етті. Сондықтан 1982 ж. Скандинавия елдері, Голландия 900 МГц диапазонында ұялы байланыстың  аймақтық Еуропалық сандық стандарттын (2 ұрпақ жүйесі) құруды ұсынды. Бұл жүйеде телефония қызметінен басқа абоненттерге мәліметтерді, факстерді, қысқа хабарламаларда және тағы басқа мәліметтерді таратумен байланысты бірқатар қызмет көрсетілуі тиіс еді. Бұл ұсынысты Еуропаның барлық елдері қолдады және 1982 ж. ETSІ GSM жүйесіне стандарт шығарды. Келесі жылдары Еуропада  бүкіл әлемде ұялы байланыстың дамуының перспективасы ескеріліп, осы стандарт 1800 МГц диапазонында қабылданды. 1991 ж. GSM стандартының тәжірбиелік желілері құрылады және ол барлық жер шарына дүниежүзілік тарайды да, осының арқасында GSM аббревиатурасы жаңа шифрлануға ие болды – Global System for Mobile  Communicatons. Бұл желіні құруда алғашқы болған Финляндия, мұнда ұялы байланысты қолданушылар саны ең көп  (халқының  70%) болды. Қазақстанда GSM  стандартындағы байланыс 1998 ж. пайда  болды.

Қазіргі кезде AMPS жүйесі де дамуда, сандық DAMPS  жүйесі құрылуда және берілген стандартын  аналогты да, сандық та желілерінде жұмыс істей алатын абоненттік терминалдар шығарылуда. D-AMPS  жүйесін пайдалану абоненттер санын арттыратындықтан, аналогты желілер артық жүктелген жерлерде ұялы байланыс сыйымдылығын арттыруға мүмкіндік береді.

Жылжымалы ұялы байланыстың дамуында маңызды жыл – 1989 жыл болды. Осы жылы "Qualcomm" (АҚШ)  фирмасы CDMA  технологиясын жаңа 2 ұрпақтың сандық жүйесі құрды. Бұл технология ұялы байланыста PLC (PH1) пайдалану тиімділігін бірнеше есе арттырды да, аса үлкен сыйымдылықтағы желілерді құруға мүмкіндік берді. Бұл технология АҚШ-та және Азия елдерінде кең таралды. Батыс Еуропа елдерінде GSM стандарты негізіндегі желілер қарқынды дамыды. Ресейде 1997 ж. CDMA технологиясы негізінде абоненттік рұқсат желілері құрыла бастады.  

1990 ж. МСЭ және стандартизацияның аймақтық құрылымдарында (ETSI –Еуропа, ARIB – Жапония, ANSI – АҚШ) ІМТ-2000 (International Mobile Telecommunication) 3 ұрпақ жылжымалы ұялы байланыс жүйелері қондырғыларына ортақ әлемдік стандарт құру бойынша жұмыстар басталады. Осы жұмыстарды орындауға негізінен түрткі болған жақын арада жедел жүйелерді пайдаланушыларда фиксирленген байланыстағы секілді қызметтерге қажеттілік туындайтындығында еді. 3 ұрпақ желісінде ортақ әлемдік стандартты құру жұмыстарының барысында әлемдегі алдыңғы қатарлы компаниялар жасаған ондаған түрлі ұсыныстар қарастырылды – ортақ стандартты таңдауда толық келісушілікке жету орындалмады. Нәтижесінде 3 ұрпақ стандарттарының бірнеше жанұясы пайда болды. Еуропада ІМТ-2000 жанұясына кіретін UMTS стандартының жылжымалы байланысының ұялы желілерін құруға лицензия берілді. Олардың коммерциялық пайдалануға енуі 2002 ж. орындалды.

 

1 К е с т е Хронология

1947

Жылжымалы байланыстың ұялы желілерін құру ұсынысы пайда болды (АҚШ - Д. Ринг).

1974

Ортақ қолданыстағы ұялы желілердің құрыла бастауы (АҚШ).

1979

AMPS стандартындағы жылжымалы ұялы байланыс жүйесін құру ҚШ).

1981

Скандинавия елдерінде (Дания, Швеция, Финляндия және Норвегия) NMT-450 стандартындағы ұялы байланыс жүйелерін енгізу  

1982

GSM  (ETSI) стандартындағы жылжымалы ұялы байланыс жүйесінің құрыла басталуы.

1985

ХЭҰ-да 3 ұрпақтың IMT-2000 бірыңғай жылжымалы байланыс жүйесін құру жөнінде зерттеулердің басталуы.

1989

СDМА технологиясын пайдаланатын алғашқы ұялы байланыс жүйесін "Qualcomm" фирмасының (АҚШ) құруы.

1990

UMTS (ETSI) құру бойынша жұмыстардың басталуы.

1991

Ресейде ұялы жылжымалы байланыс желілірінің пайда болуы.

1992

GSM желілерін енгізу (Финляндия).

1992

2 ГГц диапазонындағы жиіліктер жолағын халықаралық негізде 3 ұрпақтың жылжымалы байланыс жүйелерін құру үшін арнайы бөлінуі.

1994

D-AMPS стандартының құрылуы (АҚШ).

1994

CDMA (ETSI) технологиясының негізінде CODIT 3 ұрпақ жүйесінің жобасын құру.

1999

UMTS жер үстіндегі желілерін құруға алғашқы лицензиялар Финляндияда берілді.

 1.2            2 ұрпақтың сандық стандарттарының дамуы

          Қазіргі кезде 2 ұрпаққа жататын сандық ұялы байланыс жүйелерінің жобаларының аналогтық жүйелерден екі түрлі айырмашылығы бар:

а) аналогты жүйелерде әдетте қолданылатын арналарды жиілікпен бөлу (FDMA) орнына арналарын уақытпен (TDMA) және кодпен  (CDMA) бөлу секілді спектральды тиімді модуляция әдістерін пайдалану мүмкіндігі;

б) пайдаланушыларға сөзді және мәліметтерді шифрлеу мүмкіндігімен тарату арқылы қызметтердің кеңейтілген спектрін ұсыну мүмкіндігі.

Таратудың және ақпаратты өңдеудің сандық әдістеріне өту стандарттар санын айтарлықтай қысқартуға мүмкіндік берді. 1995 ж. әлемде үш стандарттағы сандық жүйелер пайдаланылды. Олар – GSM, D-AMPS (IS-54, кейіннен IS-136) және РDС.

ЕTSI шеңберінде ұйымдастырылған Group Special Mobile (GSM) атты жылжымалы байланысының арнайы тобының инициативасы бойынша құрылған ортақ Еуропаның GSM стандарты кең таралды. GSM стандартында жұмыс  істейтін алғашқы коммерциялық желі 1992 ж. Германияда қолданылды. Содан бері стандарт үздіксіз дамуда. Ол Еуропада 1800 МГц (GSM-1800) және 450 МГц (GSM-400) жиіліктік диапазонында және АҚШ-та 1900 МГц  (PCS) жиілікте жұмыс істеуге қалыптасқан.

АҚШ-та сандық технологияларды қалыптастырудың басталуы IS-54 стандартынан басталады. IS-54 1989 ж. TR4.3 TIA комитеті қолдады да, АҚШ-та қалыптасқан аналогты AMPS жүйелерінің сыйымдылығын арттыру мақсатында енгізілді. TDMA (D-AMPS) жүйесінде қазіргі заманғы технологиялық шешімдер негізделген. Ол AMPS жүйесінің (арна ені 30кГц) бір жиіліктік арнасында үш дыбыстық арнаны ұйымдастыруға мүмкіндік береді. Осы стандарт негізіндегі алғашқы жүйелер 1992 ж. қолданысқа енді. АҚШ-та TDMA технологиясының 100-ден астам желісі бар.

Сандық ұялы байланыстың дамуы бойынша Еуропа мен Азиядан Жапония да қалмады. Ол 1994 ж. PDC (Personal Digital Cellular) өз стандартын, яғни ұялы байланыстың сандық дербес жүйесін қалыптастырды. PDC негізіндегі желілер ұлттық қолданысқа негізделген және әлемдік нарыққа айтарлықтай әсер етпейді. Жапонияда PDC желісі халқының 99%-ы тұратын барлық территорияны қамтиды.

CDMA жаңа технологиясының негізіндегі ұялы жылжымалы байланыстың алғашқы жүйесінің пайдаланылуы 1985 ж. Қыркүйек айында Гонконгте басталды. Осыған дейін IS-95 стандартын ITU қолданған еді және ол MI 073 ITU-R ұсынысының құрамына кірді. CDMA негізінде құрылған және фиксерленген жылжымалы байланыстың да қызметтерін ұсынатын ұялы желілер саны өсуде. CDMA жүйесі негізінен сыйымдылығы өте үлкен немесе сөзді таратудың өте жоғары сапасы болатын желіні құру керек болғанда қолданылады  [4].

Сандық технологияларды енгізуден кейінгі ұялы жүйелердің дамуындағы келесі маңызды қадам – желінің микроұялы және пикоұялы құрылымына көшу болды. Осындай желілерді пайдалану құрылыс нысандары тығыз қалалық аудандардың және жабық аймақтардың (офистер, жер асты гараждар және т.б.) абоненттеріне қызмет көрсетуге мүмкіндік береді. Микроұялы жүйелердің құрылу қағидасыі макроұялы жүйелерден өзгеше болды. Оларда жиіліктік жоспарлау болмайды, хэндовер қамтамасыз етілмейді және сигнал деңгейінің өлшеу орындалмайды. 1992 ж. DECT (Digital European Cordless Telecommunications) Еуропалық стандарты қабылданды. Ол сәулелену қуаты аз (10-25 мВт) радиорұқсат технологиясын қамтамасыз етеді және абоненттік құрылғыларды өте тығыз орналастыруға мүмкіндік береді. Технологияның кеңінен енгізілуі 1995 ж. басталып, 2 млн.-ға жуық терминалдар сатылды. Сол жылдары бес жылдан соң DECT сымсыз офистік байланыс және WLL нарығында монополист болатындығына ешкім сенбеген еді.

Тарихи қалыптасқан жай, радиобайланыстың кәсіби жүйелері (соңғы жылдары олар транкингті деп аталады) ұялы байланыс пайда болмастан бұрын пайда болған. Белгілі болғандай, кәсіби жүйелерге жедел жәрдемге, күзет қызметіне және тағы сондай секілді арнайы бөлімшелерге арналған әртүрлі ведомстволық және корпоративі радиожелілер жатады. Мұндай желілердің дамуы байланыс сапасын және құпиялылығын жақсарту бағытында орындалады.

Қазіргі кездегі қызметтердің көбісін бірінші ұрпақ жүйелері (SmartTrunk II, LTR, Multi-Net, Accessnet, Smartnet, EDACS, MPT 1327) толық көрсете алмады. Транкингті жүйелердің ерекшеліктері –жиіліктер жолағын эффективті пайдалану мүмкіндігі. Ол ретрансляциялық пункттің ортақ жиіліктік қорына еркін рұқсат алуды ұйымдастыру есебінен орындалады. Ретрансляциялық пункт әдетте бір-бірімен ортақ басқару шинасы көмегімен байланысқан бірнеше ретранслятордан тұрады. Транкингті жүйелердің иілмелі архитектурасы жеке шақыруларды да, бірнеше топтың және барлық желі абоненттерінің шақыруларын да жіберуге мүмкіндік береді. Мұндай жүйелерде станцияның сәулеленуге жұмысы әдетте үзіліссіз емес, радиотелефонның тангентін басқан кезде ғана орындалады да, бұл эфирдің артық жүктелуін азайтады.

Алайда, бірінші ұрпақтың пайдаланылатын кәсіби байланыс желілері жоғары құпиялықты және кіру рұқсатынан сенімді қорғанысты қамтамасыз ете алмайды және абоненттердің аутентификациясын және абоненттік құрылғының идентификациясын орындай алмайды. Бұл мәселелер 2 ұрпақтық кәсіби байланыстың сандық жүйелерінде (АРСО, TETRA) шешілген, олар бір-бірімен сәйкестенбейтін аналогты стандарттардың көп түрін алмастыруға бағытталған.

АРСО 25 транкингті байланыстың сандық жүйесінің стандарты АҚШ-та шықты. Ол этаппен орындалады да, қолданылатын аналогты желіден сандыққа өту мақсатын көздейді. Техникалық жағынан екінші этапқа өту жиіліктер торының қадамын екі есе төмендетумен (6,25 кГц-ке дейін) және спектральды эффективті модуляцияны CQPSK пайдаланумен байланысты.

GSM ұялы байланыс стандартының жетістіктерінің әсерімен ETSI-да сандық транкингті радиобайланыс жүйесінің ортақ еуропалық TETRA (TransEuropean Trunked Radio) стандарты құрылды. TETRA әртүрлі жиіліктер диапазонында және бір-бірінен ерекшеленетін байланыс протоколдары бар жүйені ең аз шығындармен орындауға мүмкіндік береді. Жиіліктік ресурсты үнемдеумен қатар техникалық мүмкіндіктерді арттыру шеңберінде болашақта 3 ұрпақ қызметтерін көрсету және енгізудің әртүрлі сценарилерін TETRA жүйесі қамтамасыз етеді.

Жылжымалы спутникті байланыс жүйесі орбитаға геостационарлық космостық аппарат (КА)  Marisat жіберілгеннен шамамен 30 жыл бұрын пайда болды. Алғашқыда жедел жерлік станциялар (ЖС) арнайы мақсаттағы жүйелер (теңіздік, әуе, автомобильді, теміржол) ретінде құрылды және шектеулі пайдаланушыларға бағытталды. Байланыстың сенімділігі жылжымалы нысандардың энергия қуаттылығының төмендігінен және аймақтың күрделі құрылымы әсерінен байланыс тұрақтылығын қамтамасыз ету мәселелерінен төмен болды. Бірінші ұрпақтың жерлік станциялары (Inmarsat және  стандартты) негізінен орталық станциялары үлкен радиалды (радиалды-түйіндік) құрылымды корпоративті және ведомстволық желілерді құруға арналған  [6].

Жедел спутниктік байланыс облысында революциялық түрлендірулер 90 жылдардың басында басталды және үш факторлармен түсіндіріледі: космостық бағдарламаларды коммерциялизациялау; кіші орбиталық және орташа биік КА пайдалану; сандық сигналды процессорларды (DSP) пайдалану арқылы барлық жерде сандық байланысқа өту.

Конверсия процесі алдыңғы қатарлы әскери технологияларды коммерциялық бағдарламаға ауыстырумен орындалады. Нәтижесінде КА кіші орбиталарда (Iridium, Globalstar) орташа биік (ICO) болатын спутникті байланыстың дүниежүзілік жүйесінің бірнеше жобасы, сонымен қатар екі аймақтық жүйе (AceS және Thuraya) орындалды.

Жеке спутниктік байланыстың Iridium дүниежүзілік жүйесі 1998 жылдың соңында пайдалануға жіберілді. Бір жарым жыл жұмыс істеп болған соң, ол пайдаланылмай қалды. Керемет орындалған техникалық жоба нарықта сұранысқа ие болмады. Басты себептері - спутниктік линиялар бойынша дауыстық байланыс қызметтеріне сұраныстың төмендігі және маркетингтік саясаттың дұрыс орындалмауы.

Жүйе концепциясының құрылуы кезінде (1987 ж.) портативті спутникті телефон және пейджерлер ұсынысы қажет болып көрінді. Бір режимді (спутникті) және екі   режимді (спутникті ұялы) абоненттік терминалдар Iridium жүйесінің қызметтерін көрсету стратегиясын қамтамасыз етуі тиіс еді. Алайда, Iridium жобасын құрушылар әлемде соңғы жылдары орын алған маңызды өзгерістерді есепке алмады. Олар ең алдымен жер үстіндегі байланыстың жетістіктерімен байланысты. Ұялы телефондардың жаңа модификациялары оңай және ыңғайлы, ал тарифтері спутниктік байланысқа қарағанда төмен. Сонымен қатар, спутниктік байланыста аккумулятор батареяларын зарядтаусыз жұмыс істеу уақыты аз және нысана ішінде жұмыс істеу мүмкіндігі шектеулі. Спутниктік байланыс ең қажет деген аудандар мен океандарға келетін болсақ, белгіленген тарифтермен сөйлесушілер саны тым аз болады да, бұл эксплуатациялық шығындарды өтеуге мүмкіндік бермеді.

2000 ж. үш жүйені пайдалану басталды: Globalstar жеке спутниктік байланыстың дүниежүзілік жүйесі және региональды AceS және Thuraya жүйелері. Олар дауыстық байланысқа ғана емес, сонымен бірге мәліметтерді таратуға да арналған. 2001 ж. ICO жүйесі пайдалануға енді.

2 ұрпақтың жылжымалы байланыс жүйелерін классификациялау кезінде үш негізгі шарт пайдаланылады: жүйенің мақсаты, көпстанциялық рұқсат әдісі және арналарды дуплекстеу сұлбасы. Мақсатына және қызмет ету аймағының өлшеміне тәуелді жылжымалы байланыстың барлық жүйелері төрт класқа бөлінуі мүмкін. (1 сурет):

-   бір сәуледе қызмет көрсету аймағы 400-800 км және бір спутник үшін орбита биіктігіне байланысты дүниежүзілік қызмет көрсету аймағы 3000-8000 км болатын спутникті байланыс жүйелері;

-   әсер ету радиусы 0,3-тен 35 км дейінгі жылжымалы ұялы радиобайланыс жүйелері;

-   антаннаның биіктігіне байланысты қызмет көрсету аймағының радиусы 2-50 км болатын транкингті радиобайланыс (кәсіби) жүйелері;

-   ұяшығының өлшемі 0,3 км дейінгі сымсыз рұқсат ету жүйелері.

Ең алдымен, әртүрлі класс жүйелерінің арасындағы айырмашылық – құрамында және көрсететін қызметінің сапасында. Ең жоғарғы сапаны ұялы желілер және сымсыз рұқсат ету жүйелері қамтамасыз етеді. Олар жедел абоненттер және стационарлы абоненттер (ортақ қолданыстағы телефон жүйелері, ISDN және т.б.) үшін екіжақты радиобайланыс қызметтерін ұсынады. Осыған ұқсас, бірақ мүмкіндіктері төмен қызметтерді спутникті жүйелер қамтиды. Транкингті жүйелерге келетін болсақ, олардың негізгі қызмет көрсету түрі жартылай дуплексті байланыс және абоненттерді топпен шақыру болып табылады.

Ұялар өлшемдері бірлік беттесу аймағына келетін абоненттер тығыздығына және  қызмет көрсету территориясында абоненттердің орналасу сипатына тәуелді болады. Абоненттер тығыз орналасқан жерлерде радиусы 100 м дейінгі пикоұялар, ал құрылыс нысандары аз және тұрғындары көп аймақтарда микроұялар (0,1 – 0,5 км) ұйымдастырылады.

 

1 Сурет 2 ұрпақтың жылжымалы байланыс жүйелерінің классификациясы

 

Қала және қала маңындағы аймақты қамтитын макроұялы аймақтың әсер ету радиусы 30-35 км аспайды. Ауылдық жерлердегі абоненттерге қызмет көрсетуге келетін болсақ, ол жер үстіндегі ұялы және спутникті байланыс қолдану арқылы орындалады.

Ұялы желілер және сымсыз рұқсат ету жүйелері әр километріне абоненттердің орналасу тығыздығы 10000 Эрлангке дейінгі үлкен аудандарға қызмет көрсетуі мүмкін. Транкингті желілер график көлемі 1-2 Эрл/м2 аспағанда тиімді. Ұялы желілерде спектральды эффективтілікті арттыру үшін кең жолақты TDMA немесе CDMA қолданылса, транкингті желілерде негізінен тар жолақты TDMA немесе FDMA қолданылады [7].

Келесі ерекшелік – байланысты ұйымдастыру сұлбасында. Ұялы жүйелерде және сымсыз рұқсат жүйелерінде абоненттер арасында индивидуалды шақырулар орындалады. Сөйлесудің орташа ұзақтығы бірнеше минутқа жетуі мүмкін. Транкингті  жүйелерде жұмыс режимі индивидуалды да, диспетчер арқылы да ұйымдастырылуы мүмкін қысқа шақыруларды (1мин аз) таратуға негізделген. Транкингті жүйелерде байланысты орнату уақыты аз, атап айтқанда 0,3 с аспайды.

Жиілікті қорды пайдалану әдісі бойынша жылжымалы байланыс жүйелері екі класқа бөлінеді:

-   арналары абоненттерге қатаң белгіленген байланыс жүйелері;

-   ортақ қызмет көрсету аймағында абоненттер орналасқанда сұраныс бойынша арнаны қамтамасыз ету жүйелері.

Арналары қатаң белгіленген жүйелерде байланыстың жоғарғы оперативтілігі қамтамасыз етіледі.  Арналары қатаң белгілену қағидасыі конвенционалды радиобайланыс жүйелерінде және бірқатар транкингті жүйелерде кең таралды. 2 ұрпақтың транкингті жүйелері дербес рұқсат ету жүйелеріне жатады. Олар таңдап алынған  жиіліктер тобының шегінде немесе арнада жұмыс істеуге мүмкіндік береді, нақты бір арна белгіленген қорға бекітіледі. Ұялы желілерде және сымсыз рұқсат жүйелерінде абоненттері бір қызмет көрсету аймағында болғанда сұраныс бойынша арна бөлінеді.

2 ұрпақтың жер үстіндегі жылжымалы байланыс жүйелері үшін салыстырмалы сипаттамалар 2-кестеде келтірілген. Көрсетілген жүйелер саны толық болмағанымен, ол жүйелердің құрылуындағы айырмашылықтарды бағалауға мүмкіндік береді. 2 ұрпақ жүйелерінде жаңа жүйелік және техникалық шешімдерді пайдалану сигнал/шуыл (Eb/No) қатынасын жақсартуға мүмкіндік берді. Егер 1 ұрпақтың аналогты жүйелерінде Eb/No қатынасы 17-18 дБ-ге тең болса, 2 ұрпақ жүйелерінде бұл көрсеткіш 7-9 дБ-ге жетті. 2 ұрпақтың жылжымалы байланыс жүйелерінің белгіленген жиіліктік диапазон шеңберінде өткізу қабілетін арттыру және қызмет түрлері бойынша мүмкіндіктері шектеулі.

 

2               К е с т е – 2 ұрпақ жүйелері

 

 

Ұялы жүйелер

Сымсыз рұқсат

Транкингті жүйелер

Сипаттама

GSM

ТDМА (IS-136)

CDMA (IS-95)

PDC

CT2

DECT

TETRA

APCO

Tetrapol

Жиіліктер диапазоны, МГц

890-915/ 1710-1785 935-960/1 805- 1880

824-849 869-894

824-849 869-894

810-826 940-956 1429-1453 1477-1501

864-868

1880-1900

380-400 410-430 (450-470)

138-174 406-512 746-869

70-520

Жолақ ені, МГц

25

25

25

25

24

20

20

   -

5

Дуплексті ауытқу, МГц

45/95

45

45

48(130)

Жоқ

Жоқ

10

   -

10

Арналық ауытқу, кГц

200

30

1250

25 (50)

100

1728

25

12,5/6,25

12,5/10

Дуплексті арналар саны

124

832

20

640

40

10

   -

   -

400

Рұқсат

әдісі

ТDМА

ТDМА

CDMA

TDMA

FDMA

TDMA

TDMA

FDMA

FDMA

Дуплекс

арналар әдісі

FDD

FDD

FDD

FDD

TDD

TDD

FDD

FDD

FDD

Тасушыдағы

арналар саны

8 немесе 16

3(6)

55

3(6)

1

12

4

1

1

Модуляция

әдісі

GMSK

π/4 DQPSK

QPSK

π/4 DQPSK

GFSK

GFSK

π/4 DQPSK

C4FM CQPSK

GMSK

Тарату жыл-дамдығы, кбит/с

270,8

48,6

1288

42

72

1152

36

9,6

8

Сөз кодек

түрі

RPE-LTP

VSELP

QCELP

VSELP

ADPCM

ADPCM

ACELP

IMBE

RPCELP

Кодек

жылдамд, кбит/с

13 не 6,5

7,95

13 не 8,5

6,7

32

32

4,5

4,4

6

Кадр ұзындығы, мс

4,6

40

20

20

2

10

57

180

20

Қуат МС, Вт орташа

(шектік)

GSM-900: 2 (0,25), 0,1 (0,8) GSM-1800: 1(0, 125), 0,25 (0,03)

3,0(9), 1,6(4,8), 1,6 (1,8)

0,6 (6,3) 2,5 1,0

0,66(2)

0,005 (0,01)

0,01 (0,25)

2.5 (10) 0,75(3) 1 (0,25)

   -

10 (авт.)

Eb/No

қатынасы

9

16

6-7

17

20

12

19

   -

   -

 Олардың сыйымдылығының артуы жартылай жылдамдықты арналарға (GSM) өту, эффективті модуляция әдістерін пайдалану және секторлы антенналарды қолдану есебінен ғана орындалады. Ұяларды секторлау мен спектральді – эффективті модуляция әдістерін пайдалану олардың өткізу қабілетін арттыруға мүмкіндік береді, бірақ 10 еседен аспайды.

 2.2            Арналарды бөлу технологиялары 

Жүйенің құрылу және байланысты ұйымдастыру қағидаларытері екі негізгі түсінікті анықтайды: көпстанциялық рұқсат және дуплексті ығысу. Көпстанциялы рұқсат базалық станцияның бір уақытта бірнеше жедел станцияның сигналдарын қабылдау және тарату мүмкіндігін сипаттайды. 2 ұрпақ жүйелері үш технологиялар негізінде құрылады: арналары жиіліктік (FDMA), уақыттық (TDMA), кодалық (CDMA) бөлінген көпстанциялық рұқсат әдістері.

Дуплексті ығысуға келетін болсақ, ол бір линиямен екі бағытта ақпарат алмасу мүмкіндігін сипаттайды. Дуплексті тарату арналары жиіліктік (FDD) және уақыттық (TDD) бөлінген болып бөлінеді. Қазіргі қолданыстағы 2 ұрпақ жүйелерінің көбісі, (DECT басқасы) жиіліктік дуплексті ығысуды пайдаланылады.

TDD режимінде абоненттер арасындағы екі жақты байланыс тарату және қабылдау арналарын уақыттық тығыздаудың бір тасушысында орындалады, бұл жүйені белгіленген жиіліктер жолағын пайдалану жағынан тиімді етеді. FDD-ге қарағанда TDD режимінде қос жиіліктер жолағы қажет емес, ал бұл ұяларды іздеу процедурасын оңайлатады және ұялар арасында арнаны тиімді орналастыруға мүмкіндік береді.

TDD режиміндегі трафик тікелей және кері арналарда симметриялы да, ассимметриялы да бола алады. TDD келесі артықшылығы – дуплексердің болмауы әсерінен біррежимді терминалды қарапайым орындау мүмкіндігі.

FDMA әдісі жылжымалы байланыстың әдеттегі аналогты жүйелерінде де, өзге әдістермен қатар 2 ұрпақтың сандық жүйелерінде де кеңінен қолданылады. Жиіліктік бөліну кезінде әрбір абонентке сөйлесу уақытына барлық рұқсат етілген жиіліктер диапазонынан бөлек арна (спектрдің тар аймағы) бөлінеді. Жеке байланыс жағдайында жиіліктік арнаның ені 25-30 кГц болды. Осылайша, уақыттық фактор емес, абоненттерді бөлу кезінде жиіліктер бойынша айырмашылық қолданылады. Бұл бірқатар артықшылықтарға әкеледі. Барлық ақпарат нақты уақытта таралады. Байланысты ұйымдастыру жағынан да жиіліктік бөлу ыңғайлы. FDMA негізгі кемшілігі – активті емес көп абоненттер санына қызмет көрсету кезінде төмен өткізу қабілеті.

TDMA технологиясы 2 ұрпақ жүйелерінің көбінде қолданады: GSM, TDMA (IS-136), PDC, DECT, TETRA және т.б. Жиіліктік бөлінетін жүйелерге қарағанда барлық абоненттер бір жиіліктер диапазонында жұмыс істейді, олардың әрқайсысына ақпарат таратуға рұқсат берілетін өз уақыт аралығы (арнасы) бөлінеді. GSM-де 200 кГц болатын спектр 8 арналық аралықтарға (слоттарға) бөлінеді, ал 30 кГц жолағында (TDMA) 3 арналық аралық ұйымдастырылады.

Абоненттер жағынан график пульстік сипатқа ие. Абоненттер көп болған сайын олардың әрқайсысының мәліметтер тарату мүмкіндігі сирек болады. Өткізу қабілетін арттыру үшін уақыттық бөлу әдетте жиіліктік бөлумен қатар қолданылды.

CDMA технологиясында cdmaOne (IS-95) стандарты қолданылды. CdmaOne жүйесі Уолш функциясы болатын 64 кодалық псевдокездейсоқ тізбектер негізіндегі спектрі тікелей кеңейтілген әдіс (DS-CDMA) бойынша құрылады. 9,6 кбит жылдамдықпен қалыптасқан сигнал кейін жолағы бойынша кеңейеді де, 1,2288 Мбит/с жылдамдықпен таралады. Техникалық жағынан CDMA жүйесі арналары жиіліктік және уақыттық бөлінген өзге жүйелерден ерекшелейтін бірқатар артық ерекшеліктерге ие. Ең алдымен, қабылданатын сигналдар деңгейін өте дәл тегістеу, сонымен қатар жүйелік уақыт шкаласының абсолютті мәніне дейінгі дәлдікпен жедел станциялар синхронизациясын қамтамасыз ету. 

Сигнал формасының сапа коэффициентіне де қатаң тәртіп орындалады. Ол пайдаланылатын сигнал және оның идеалды моделі арасындағы нормаланған корреляция коэффициенті ретінде анықталады. Оның мәні сигналды қабылдау сенімділігіне әртүрлі шуылдар мен бөгеуілдер ғана емес, қабылданатын және тіректік сигнал формаларының сәйкестелу деңгейі де әсер етеді дегенді білдіреді. IS-95 стандартына сәйкес сигнал формасының сапа коэффициенті 300 Гц жиіліктегі рұқсат етілген ығысуларда және ±1 мс кем кідірістерде 0,944 шамасын құруы керек.

GSM, IS-136 (TDMA) және IS-95 (CDMA) жүйелерінің салыстырмалы сипаттамалары 3-кестеде келтірілген.

 

3 К е с т е GSM, IS-136 және  IS-95 стандарттарының салыстырмалы сипаттамалары

 

Стандарт

GSM

IS-136

IS-95

мобил./фикс.

мобил./фикс.

жедел

фиксир.

Жиіліктер жолағының ені, МГц

0,2

0.2

0,03

1,23

1,23

1,23

Вокодер жылдамдығы, кбит

13

6,5

8

8

13

8

Тасушыдағы ақпараттық арналар саны

8

16

3

23

12

35

Үшсекторлы ұялар кезіндегі пайдалану коэффициенті

4

4

7

1/3

1/3

1/3

3 МГц жолағында бір ұядағы ақпараттық арналар саны

30

60

42

138

72

258

Жүйе сыйымдылығы (ұядағы 1 МГц жолақтағы арналар саны)

10

20

14,3

56,1

29,6

86,2

 2.3            3 ұрпақ жүйелерінің қызметтері 

3 ұрпақ технологияларының алдыңғы технологиялардан қағидалы ерекшелігі – қазіргі қызмет түрлерінің барлық спектрін (сөзді тарату, арналар коммутациясы және пакеттер коммутациясы режимінде жұмыс істеу, Internet қосымшасымен әсерлесу, ақпаратты жоғары байланыс сапасымен симметриялы және ассимметриялы тарату) қамтамасыз ету мүмкіндігі және сонымен қатар өзге жүйелермен сәйкестену кепілдігі. 3 ұрпақ жүйелерінде қызметтерді екі топқа бөлуге болады: мультимедиялық емес (сөзді таржолақты тарату, мәліметтерді төмен жылдамдықпен тарату, коммутациялы желілер трафигі) және мультимедиялық (ассиметриялы және интерактивті). Осы жүйелердің жаңа қасиеті - олар компания-операторларға өз бетінше белгілі аймақ және қызмет түрлеріне деген сұраныстың өсуіне байланысты қосымшаларды, функцияларды және қызметтерді шығаруға мүмкіндік беруі.

Мультимедиялық жылжымалы байланыстың даму тенденциясын зерттеу оны пайдаланушылар санының артуын болжауға мүмкіндік береді. UMTS – форумының мәліметтері бойынша 200 млн. Еуропа абоненттерінің ішінде 2005 ж. 3 ұрпақтың байланыс қызметтерін пайдаланушылар саны 16 %-ды құрайды (32 млн). Мультимедиялық трафик көлеміне келетін болсақ, ол 2005 ж. 60 %-дан асады да, тариф трафикке қарағанда айтарлықтай аз өседі.

Бейнеконференц - байланыс облысындағы соңғы жетістіктері. Оның дамуы 3 ұрпақ жүйелерінде кең таралатынын болжауға мүмкіндік береді. Жақын араға дейін бұл түр 144 кбит/с (BRI) немесе 384 кбит/с (3 базалық BRI арнасын пайдалану арқылы) тарату жылдамдығын қамтамасыз ететін ISDN желісі үшін ғана сипатты еді. 

Internet пайдаланушыларының қарқынды өсуі және жедел байланыс дамуын осы екі технологиялардың бірігуі туралы болжауға мүмкіндік береді. Бүгінде бейнекоференц-байланысқа сұраныс артуда. Жедел терминалдан Internet желісіне жоғары сапалы рұқсат алу мүмкіндігіне байланысты бірқатар мәселелерге қарамастан, уақыт өткен сайын бұл қызмет негізгілердің бірі болады деп болжауға мүмкіндік береді. ХЭО қалыптастырған трафик таралу тенденциясының анализі бойынша 3 ұрпақтың спутниктік жүйелер қызметтерінің көлемінің ең көп өсуі Оңтүстік және Солтүстік Америкада, Жапонияда және Азияда байқалады. Еуропаға келетін болсақ, мұнда спутниктік байланыс қызметтерінің көлемі артады.  

3 ұрпақ қызметтері виртуальды үй ортасы технологиясы VHE (Virtual Home Environment) ұсынатын қызметті қосады. Оның негізгі идеасы – жеке қызмет жиынын бір желі шегіден бір терминалдан 2сіне ауыстыруда. Бұл қызметтерді тек фиксирленген байланыс технологиясы қамтамасыз ете алатын еді. Пайдаланушы сол мүмкіндіктерді, интерфейстерді және қызметтерді осы мезетте қандай желіні пайдалануына тәуелсіз қолдана алады. 3G көмегімен нақты уақыт режимінде бейнелер мен мультимедиялық мәліметтерді тарату мүмкін болды. 3 ұрпақ жедел желілері қазіргі кезде GSM, TDMA, cdmaOne және  PDC желілерінің көмегімен таралатын мультимедиялық емес қызметтер спектрінің кеңеюін қамтамасыз етті. 3G жүйесі құрылуының болашағы 2G жүйесіне қарағанда зор. 2G жүйесінің әлемдік нарықта енуі аз уақытта және өзге ескі технологияларды олармен сәйкестендірмей-ақ “ығыстыру” жолымен дамыды.

3G жүйелерінің пайда болуымен ІМТ-2000 және 2G жүйесінің бірге пайдалану кезеңі басталды. Жиынның және көрсетілетін қызмет құндарының әртүрлілігінің әсерінен жаңа технологиялар бәсекелес болмайды, олар бір-бірін толықтырады. 3 ұрпақ қызметтерінің одан әрі дамуы әсерінен 2G абоненттік желісінің қызметтерін 3G желісіне ауыстыру көзделуде. Әртүрлі ұрпақтарда байланыс желілерінде абоненттер санының өзгеру динамикасы 2-суретте көрсетілген.

Әртүрлі ұрпақтардың өзара сәйкестігін айтқанда, қазірде болашақтың желілік инфрақұрылымына 4GW (4th General Wireless Infrastructures) жататын немесе 4G ұрпағы болатын ХХІ ғ. технологияларын да атап өту керек. 4G-ға өту кезінде дүниежүзілік жоғары жылдамдықты магистральды базалық желілер ұйымдастыру (3G ұрпағында оларды тек дамыту көзделеді), 5-тен 60 ГГц жиіліктер диапазондарында жаңа радиоинтерфейстерді құру, барлық кәсіби және тұрмыстық құралдарды орнатылған радиорұқсат әдістерімен жабдықтау, мәліметтер қорына (анықтамалық – ақпараттық, географиялық, медициналық) жедел рұқсатты қамтамасыз ету, сонымен қатар жедел пайдаланушылар үшін телерадиохабарлау қызметтерін ұсыну қажет болады. Әртүрлі ұрпақ технологияларының салыстырмалы сипаттамалары 4-кестеде келтірілген.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 2 Сурет – Әртүрлі ұрпақта жедел байланыс желілерінде болжанатын абоненттер саны

    4 К е с т е Жедел байланыс технологияларының салыстырмалы  сипаттамалары

Технология

2 G

2,5G

3G

4G

Базалық

қызметтер

  Сөз

Сөз, мәліметтер

Сөз, мәліметтер, бейнемәлімет

мультимедия

Сөз, мәліметтер

мультимедия,

жедел теле-радиохабарлау

Тарату жылдамдығы, кбит/с

9,6-14,4

115 (фаза1)

384 (фаза 2)

2048 (фаза1)

10000(фаза 2)

(10-44).103

Коммутации

түрі

Арналар коммут-сы

Аралас (көбінесе арналар)

аралас (көбінесе дестелер)

Сұраныс анықталмаған

 

Радиорұқсаттың базалық технология- лары

GSM, TDMA, PDC, cdmaOne

GPRS,

EDGEIS-136+

IMT сериясының стандарттары

Стандарттар анықталмаған

 

Пайдалану мерзімі

1995-2010

2000-2015

2002-2020

2012-........

 

2.3.1     Мультимедиялық және мультимедиялық емес қызметтер   

 Сөз ең басты қызмет түрі болған алдыңғы ұрпақтарға қарағанда ІМТ-2000 технологиясында сөзді таратуды, арналар және дестелер коммутациясы режимінде жұмыс істеуді, Internet қосымшаларымен әсерлесуді, жоғары сапалы симметриялы және ассимметриялы таратуды қоса барлық қазіргі заманғы қызметтер орындалады және өзге де жүйелермен сәйкестену кепілдігі қамтамасыз етіледі. 

Жедел байланыстың 3 ұрпағы бірінші енгізілу кезеңінде абонент жеделдігінің деңгейіне тәуелді, өзгере алатын жоғары өткізу қабілетін қамтамасыз етуі тиіс. Абонент қызмет көрсету аймағында келесі жылдамдық пайдалануы мүмкін:

-         стационарлы және нысана ішінде жүретін жылдамдығы (3 км/сағ) аз абоненттерге қызмет көрсету үшін 2,048 Мбит/с-қа;

-         жеделдігі төмен (жылдамдығы 3-12 км/сағ) және локальді беттесу аймағында 384 кбит/с дейін ;

-         жеделдігі жоғары (12-120 км/сағ) және кең беттесу аймағында 144 кбит/с дейін;

-         дүниежүзілік беттесу (спутникті байланыс) кезінде 64 (144) кбит/с дейін.

Қызметтер жиынына келетін болсақ, ол фиксирленген байланыс желілеріндегі қызметтерге жақын. Жиіліктер қоры шектелгенде және кідірістері бар арналарда жұмыс істеу кезінде мұндай жоғары жиіліктерге қол жеткізу радиоинтерфейстерді құру кезінде қағидалы жаңа әдістерді қажет етеді.

3 ұрпақ жүйелерін қарастырғанда қызметтерді екі топқа бөлу керек: мультимедиялық емес (сөзді таржолақты тарату, мәліметтерді төмен жылдамдықпен тарату, коммутациялы желілер трафигі) және мультимедиялық (асимметриялы және интерактивті). Жаңа ақпараттық технология “мультимедия” жақын арада пайда болды, алайда 3 ұрпақтың жаңа қызметтерін құру кезінде негізгі болды. Олар: компьютерлік бейнеграфикасы (соның ішінде 3 өлшемді) бейне, мәтіндік және графикалық ақпараттың таралуы. Олар аудиовизуальді ақпараттық бөліктерінің синтезі жолымен және оларды радиоарналарда тарату кезінде пайдаланушы қызметтерінің барлық түрімен қамтамасыз етілуі мүмкін.

Мультимедиялық қызметтерді график түріне (ассимметриялы және симметрия) және пайдаланушының жүйемен әсерлесу әдісіне (интерактивті хабарлар алмасу және т.с.с.) байланысты жіктеуге болады. Мультимедиялық ақпаратты және Internet желісінің мәліметтерін тарату кезіндегі трафиктің құрылымы асимметриялы болады. Тарату жылдамдығын арттырған сайын “жоғары” және “төмен” линияларында таралатын ақпарат көлемі арасында айырмашылық артады (3-сурет). Болашақта график ассиметриясының коэффициенті 1:4 шамасынан 1:40 шамасына дейін, орташа жылдамдықта ақпаратты (384 кбит/с) тарату кезінде және жоғары жылдамдықты мәліметтер ағымында (2,048 Мбит/с) 1:200-ге дейін өседі деп болжануда. 

 

 

3 Сурет – “Жоғары” және “төмен” линияларында трафик асимметриялылығының өзгеру динамикасы

 3 ұрпақ жүйелерінде интерактивті мультимедия қызметтері кең таралады. Мұндай қызметтер қашықта орналасқан абоненттерге нақты уақытта сөйлесуге мүмкіндік береді, яғни олар бір-бірін естіп қана қоймайды, олар бірін-бірі көре алады. Жақын уақытқа дейін бейнеконферен-байланыс (интерактивтілігі жоғары мультимедияның базалық қызметі) бейне мәліметтері 144 кбит/с (1 BRI арнасы) немесе 384 кбит/с (3 BRI арнасы) жылдамдықтармен таратылған ISDN желілерінде ғана қолданылды. Мультимедия сапасына жоғары сұраныс нақты уақытта жоғары сапалы бейнелер (телевизиялық сурет деңгейінде) алу керек болатын телемедицинада қажет. Бейне мәліметтерді сығу бойынша соңғы жетістіктер бұл қызметтің ІМТ-2000 технологиясында кең таралатынына жол ашады.

Internet желісіне деген сұраныстың қарқынды өсуі және жедел байланыстың дамуы бүгінде осы екі технологиялардың бірігуін болжауға мүмкіндік береді. Бүгінгі күні Internet қорына рұқсат қызметі алдыңғы қатарға шығуда. Бүкіл әлемде Internet желісін пайдаланушылар саны 62 млн-нан (1996ж) 170 млн-ға (1999 ж.) өсті, ал осылай қарқынды өсу арқасында 2005 ж. олардың саны 1 млрд. абонентке жетеді.

Internet-ке жоғары жылдамдықты рұқсатты портативті терминал арқылы орындаудағы бірқатар мәселелерге қарамастан, уақыт өткен сайын бұл қызмет жедел байланыста негізгі болды. 

 1.4.2     Виртуалды үй ортасының концепциясы

 3 ұрпақ қызметтері виртуальды үй ортасы VHE (Virtual Home Environment) технологиясы ұсынатын қызметтерді де қамтиды. VHE концепциясы келесі қағидалы ерекшеліктерге негізделеді:

-                    қызметтерді жекелеу, яғни абонентке оның сұранысын ғана қамтитын және қызмет көрсету ортасына тәуелді емес қызмет түрлерін ұсыну;

-                    пайдаланылатын радиорұқсат технологиясына және жиілік стандарттарға тәуелсіз абоненттердің байланыс қызметтеріне рұқсаты;

-                    әртүрлі жедел және стационарлы желілер (ТфОП, Internet) шектері арқылы байланыс сапасын жоғалтпай қызметтерді ауыстыру;

-                    желіде әртүрлі абоненттік құрылғыларды пайдалану мүмкіндігі, басқаша айтқанда қызметтердің бір терминал түрінен екіншісіне ауысу мүмкіндігі.

Осы қызметтерді тек қана фиксерленген байланыс желісі ұсынатын еді. Бүгін жедел пайдаланушы сол мүмкіндіктерді, интерфейсті және қызметтерді осы мезетте қай желіні қолданатындығына тәуелсіз пайдалана алады.

ІМТ-2000 көмегімен бейнелер мен мультимедиялық мәліметтерді нақты уақыт режимінде тарату мүмкін болды. Бұл оқиға ортасынан қашықтағы абонент үшін сол жерде жүргенде әсер етеді, яғни унифицирленген орта эффекті сезіледі.

VHE ортасының ортақ архитектурасы үш функционалды деңгейден тұрады: жедел желі, ОҚТф және Internet. Жедел желіге сәйкес келетін VHE функциялары CAMEL, INAP, WAP және т.б. технологияларын пайдалануға негізделеді. Қазіргі уақытта регионалды деңгейде VHE ортасын стандарттау (VHE, ETSІ-1999) аяқталды және ұқсас жұмыстар ІМТ-2000 шеңберінде орындауға дайындалуда.

VHE режимдері орындалатын сымсыз терминалдар жекелеген қызметтер жиынынан, интерфейстік мүмкіндіктерді және қызмет көрсету сипаттамаларынан тұрады. Олар нақты желіден, терминал түріне және орналасуына тәуелді емес. Алайда, абоненттер үшін жайсыз хабар – бұл технологияны енгізудің алғашқы кезеңі көп шығындарды алып келеді де, бұл өз кезегінде қымбатқа түседі.

 1.4.3     Орналасу орнын анықтау 

Жедел байланыс түрлерін орналастыру мәселесі бұрыннан орын алған және оны шешу үшін бірқатар шаралар ұйымдастырылған еді. Ұялы телефондарға қатысты мұндай шешім абонент қай ұяшықта орналасқанына байланысты болды. Осы қағидаға қарапайым тексеру мен геометриялық оңай есептеулерден тұратын Cell ID әдісі негізделген. Базалық станцияның қабылдау аймағы шеңбер түрінде болатындығын ескерсек, қабылдау мүмкіндігі  бар станциялар алдымен ығыстырылады, секторлы антенналарды пайдаланғанда – телефон сигналдары біріктіріледі. Осыдан кейін пайдаланушы орналасқан территория шегі анықталады. Орналасу орнын анықтаудағы қателік осылайша 30 км дейін жетуі мүмкін [8].

Арнайы жүйелерде радиотаратушы құрылғының орналасу орнын анықтау үшін радиосигналдардың 3 негізгі параметрлері қолданылуы мүмкін: олардың қабылдау жағындағы амплитудасы (Signal Strength), келудің бағыты (Angle of Arrival - AOA) және таралу кезіндегі кідіріс уақыты. Осы параметрлердің әрқайсысы бойынша өлшеуді орындау жолдары радионавигацияда белгілі.

Мүмкін болатын технологиялар

Қабылданатын сигналдар амплитудасы таратқыш пен қабылдағыш арасындағы қашықтықты сипаттай алады. Алайда тәжірибеде жедел телефон сигналының қабылдау орнындағы күші көптеген себептерге байланысты болады да, көптеген жағдайларда орналасу орнын анықтауда қажетті дәлдікті қамтамасыз ете алмайды.

Сигнал келуінің бағыты қазір ұялы желінің базалық станциясында орнатылған антенналық тар элементтеріндегі сигнал фазаларының айырмашылығы бойынша автоматты анықталуы мүмкін. Пеленгтердің екі жерде (одан да көп) қиылысуы жедел телефонның орнын анықтау болып табылады. Берілген әдістің артықшылығына әрқайсысы жедел телефон азимуты туралы ақпаратты беретін станция жұмысының тәуелсіздігі жатады. Бұл кезде параметрлерінің шашылуын қалпына келтіру, температурасының  өзгерістерінің әсерін және т.б. толықтыру үшін қабылдағыштарды қажетті калибрлеу әр станция үшін локальді және бүкіл желіге қосымша талаптар қоймайды. Алайда, керекті дәлдікке қол жеткізу үшін қателігі айтарлықтай аз пеленгтерді анықтау керек. Осылайша, 1 градус бұрыштағы дәлдікте анықтау үшін FCC сұраныстары 7 км дейінгі қашықтықтарға ғана орындалады.

Дәл белгілі радиосигналдарды тарату уақыты мезетінде олардың қабылдағышқа келу уақыты (Time of Arrival-TOA) телефоннан базалық станцияның антеннасына дейінгі қашықтықты анықтауға мүмкіндік береді. Алайда сигналдарды тарату уақытының “белгілі болуы” таратқыштардың әрқайсысына жүйенің барлық элементтерін уақыттық синхронизациясын жоғары дәлдікпен (микросекундқа дейін) орындау қажет. Өлшеудің бұл әдісі спутниктік навигациялық  GPS жүйесінде пайдаланылады, алайда көп портативті ұялы телефондарды позициялау бойынша ол тіпті орындалуы мүмкін емес. Пайдаланылу жағынан ең қарапайым болып сигналдар келуінің уақыттық мезеттерінің айырмашылығын анықтау (Time Difference of Arrival-TDOA) табылады. Бұл әдіс желінің үш және одан да көп әртүрлі станцияларында радиотелефон сигналдарын қабылдау уақытын дәл анықтауға негізделген. Сигналдардың келіп түсу уақыттарының айырмашылығы бойынша таратқыштың орналасуының гиперболалық линиялары есептелінеді. Екі гиперболаның қиылысу нүктесі сигнал көзінің орналасуын бейнелейді.

Бұл технология кезінде қол жететін дәлдік сигналдың жиіліктік жолағының кеңдігі бойынша шектеулермен, жүйе элементтері мен сигналдың тарату ортасының синхронизациясындағы шектеулермен анықталады. Соңғы әдіспен өлшеулерді орындау кезіндегі FCC сұраныстары жедел телефондарды модификациялаусыз орындалуы мүмкін, бірақ ол 125 м жоғары орынды анықтау үшін қажет.

Әртүрлі теориялар және тәжірибелер

Жоғарыда көрсетілген сигнал параметрлерінің мәні мен телефон орналасуының арасындағы тәуелділіктер теорияда радиосигналдардың “бос кеңістік” деп аталатын аймақта таралуы кезінде ғана орындалады. Тәжірибеде қабылдау жағындағы сигналдың параметрлері көптеген факторларға тәуелді. Мысалы, мегаполис жағдайында, яғни қалалық құрылыс нысандары тығыз болғанда көп сәулелік қабылдау орындалады. Ол кезде түтікшеге де, базалық станцияға да тікелей радиосигналмен қоса, үйлер және басқа объекттерден шағылысқан сигналдар келіп түсуі мүмкін. Осыған байланысты осы сигналдардың амплитудасы, келу бұрышы және база-түтікше қашықтығының шамасы үздіксіз үлкен шектерде “ауысып” тұруы мүмкін, ал нақты координаталарды анықтау қиын, тіпті мүмкін емес болады. Ауылдық жерде телефон станцияларын қабылдау бір ғана станцияда орындалуы мүмкін, ал бұл бірнеше пеленгтердің және қашықтықтардың пайда болуын жояды.

Атап өтілген мәселелерге қарамастан, FCC сұраныстарын және мүмкін болатын технологиялар анализі көп жағдайларда қажетті дәлдік пайдаланылып  жүрген сымсыз желілерде модификациялау арқылы орындалады. Бұл жағдайда тіпті пайдаланушы терминалдарын модификациялау қажет емес.

Осының нәтижесінде бірқатар компаниялар жүйенің әртүрлі нұсқаларын орындай бастады. Қазіргі күні олардың барлығы орындалуда, сондықтан олардың қайсысы тиімді болатындығы белгісіз. Осы уақытта сигнал келуінің бұрышын, олардың келу уақытының айырмашылығын, сигналдар күштерін, “интеллектуалды” антенналарды, GPS жүйесін және осы әдістердің комбинациясын пайдаланатын жиырмадан астам жүйе жобалары бар. Ұялы телефон координаталарын анықтаудағы қол жеткен дәлдік бірліктен жүздеген метр шегінде белгіленеді. Орындалатын технологиялардың көбі пайдаланушы телефондарын ауыстыруды қажет етеді.

Орналасу орнын анықтау технологиялары

Үш негізгі бәсекелес технологиялар бар. Олардың әрқайсысының бірнеше түрі бар, бірақ олардың негізіндегі ортақ қағидалар біршама өзгеше болды:

а) келу уақытының әдісі.

Атауы бойынша белгілі болғандай, келу уақытының әдісі (Time of Arrival - TOA) жедел телефон сигналы орналасу орнын анықтайтын блоктармен (Location Measurement Unit, LMU) жабдықталған бірнеше  (3-тен кем емес) базалық станцияларға жететін уақыт аралығын өлшеуге негізделген.

Желі компьютері осы келу уақыттары бойынша сәйкесті станцияларға дейін сигналдардың жүру уақытын анықтай алады және содан соң триангуляция алгоритмі көмегімен пайдаланушының орналасу орнын анықтайды. Процесс пайдаланушы жедел телефонды қосқаннан басталады. Желі қажетті есептеулерді орындайды және пайдаланушының жедел телефонына оның орналасуы туралы ақпаратты жібереді. Мұндай жүйенің дәлдігі жоғары, алайда барлық базалық станцияларды LMU блоктарымен жабдықтау үшін үлкен шығындар керек. Сонымен қатар, желі өз координаттарын сұраған телефонды қосуды сұрауы тиіс [2].

Қажетті дәлдікті қамтамасыз ету үшін GPS жүйесінің көмегімен желінің ішкі сағатын синхрондау қажет, бұл қосымша шығындарды талап етеді;

б) уақыт айырмашылығының әдісі.

Уақыт айырмашылығының әдісі (Observed Time Difference, OTD)  көп жағынан TOA әдісіне ұқсас, алайда мұндай жедел телефон активті роль орындайды да, әдісті пайдалануда желіні араластыру төмендейді. Әдістің қағидасыі күрделі емес. Телефон сигналдың өзіне келуіне дейінгі LMU блогымен жабдықталған бір базалық станциядан жеткен уақытын өлшейді және оны сәйкес уақыттармен салыстырады. Базалық станциялар арасындағы қашықтық белгілі болғандықтан олардың әрқайсысынан ұялы телефонға дейінгі қашықтықты да анықтауға болады, нәтижесінде оның орналасуы анықталады.

Барлық күрделі есептеулерді желіде орналасқан жедел телефондарды локализациялау орталықтары (Mobile location Center, MLC) орындайды да, ол телефонды мәліметтер көлемі тым үлкен ақпараттарды өңдеуден босатады. Үлкен көлемді ақпараттар оның жадысын толтыруы мүмкін және қоректену батареясынан көп энергияны пайдаланады. Бұл жүйенің артықшылығы аз LMU санын (шамамен базалық станциялардың 1/4 бөлігі ) пайдалануға мүмкіндік береді, ал бұл шығындарды азайтады. Сонымен бірге бұл жүйе базалық станцияларға  жедел телефондарға бағыну керек деген бұйрық бермейді. Оның орнына бір елден екінші елге өткенде  байланыстың жоғалмауы үшін жұмыс істейді.

Сонымен қатар, осы жағдайда LMU желісінде сағаттарды синхрондау үшін қымбат спутниктік жүйе қажет емес. Желіде LMU арасындағы қашықтық пен сигналдың жедел телефоннан LMU-ге дейінгі өту уақыты белгілі болғандықтан, орналасуын анықтауда теңдеу біржақты шешіледі.

Телефон өзі мәліметтерді орналасуды анықтайтын қызметті жинап жеткізушіге жіберетіндіктен жүйені орындаудағы шығын дәлдікке ешқандай әсерсіз біршама азаяды;

в) GPS көмегімен локализациялау әдісі (Assistod GPS, A-GPS).

Кейбір компаниялар локализация әдісін дамытуды позициялаудың дүниежүзілік жүйесі негізінде (Global Positioning Sistem, GPS)  жүзеге асыруда. Бұл технологияны теңізшілер мен альпинистер кең қолданады, олар орналасқан жерін білу арқылы өздеріне қауіпсіздікті қамтамасыз етеді.

GPS – Naustar америкалық әскери спутниктердің желісі. Ол карабельді ракеталарды нысанаға жіберу үшін де пайдаланылады. Пентагон бұл спутниктерді коммерциялық мақсатта пайдалануға рұқсат берді, алайда олар әскери ұйымдарға қарағанда дәлдігі төмендеу мәліметтер алуы тиіс. Әскери адамдар орналасу орнын 10 м дәлдікпен анықтай алады.

Көптеген телекоммуникациялық компаниялар жедел телефондарына GPS – қабылдағыштар орнату арқылы бірқатар спутниктерден сигналдар қабылдайды да, сол арқылы орналасу орнын анықтайды. Бұл әдістің артықшылықтары: спутниктер ұшып жүр, ал сымсыз желіні дамыту қажет емес. Алайда үш және одан да көп GPS жүйесін табу, олардың әрқайсысынан телефонға дейінгі сигналдың өту уақытын есептеу батареялардан алынатын энергия шығынын арттырады. Есептеудің күрделенуі жердің геостационарлық спутниктерге қатысты айналуын ескеру қажеттілігінде.

GPS технологиясының тағы бір кемшілігі жедел телефонның тікелей көріну аймағында 3 спутникті GPS жүйесінің орналасу керектігінде. Оның мәні биік құрылыс нысандары бар  тікелей көруді қамтамасыз ету мүмкін емес жерлерде жүйе дұрыс жұмыс істемеуі мүмкін. Алайда GPS моделінде желі жедел телефонға қандай спутникті іздеу керектігін нұсқап көмек көрсетуі мүмкін. Сонымен қатар, жедел телефон батареясынан энергияны қоректендіруді азайту үшін спутниктік өлшемдер туралы мәліметтерді желіге  жіберіп, қажетті есептеулерді де осында орнатуға болады.

Пайдаланылатын жүйелер:

1) бұрыш өлшеуші жүйелер.

Осындай жүйелерді құрушылардың бірі KSI Inc. компаниясы болып табылады. Оның TeleSentinel жүйесінің негізгі шешімдері АҚШ-та №4728959 патентімен қорғалған. Ұялы телефон немесе радиостанция сигналдарының келу бағытын анықтау үшін желінің базалық станцияларын немесе белгіленген пунктерде орнатылған фазирленген антенналық торлар қолданылады. Пеленгтеу басқару арнасының сигналдары бойынша да, дауыстық сигналдар бойынша да жедел құрылғыға өзгерістер енгізбей-ақ орындалады. Жүйе немесе сигнал форматында қолданылуы мүмкін.

TeleSentinel жүйесі сымсыз байланыс құрылғыларының орналасуын анықтау үшін қабылдауда сигналдарды екі қабылдағышпен қабылдайды. Сигнал тек бір қабылдағышта қабылданған жағдайда орналасуды анықтау үшін сигнал амплитудасын бағалау негізінде қосымша ақпарат пайдаланылуы мүмкін;

2) айырмашылығы-алыс өлшемді жүйелер.

Берілген әдіс қазіргі кезде орындалатын жүйелердің көбіне негіз болды. Солардың бірі - Cellocate System, Cell-Loc Inc. шығарған. Жүйе ұялы телефондарды немесе желінің қондырғыларын дамытуды талап етеді. Жүйе CDMA стандарттарындағы телефондарға негізделген., бірақ ұялы байланыстың аналогты жүйелерінде де қолданылады. Тәжірбиелер кезінде позициялаудың дәлдігінің ең жақсы шамасына қол жетті – 90 м, ал кейбір тәжірбиелерде –тіпті 55 м, ал кей кездері – 15 м болды.

Өзге жүйе үшін – ағылшын компаниясы шығарған Cambridge Positioning Systems (CPS) Cursor үшін операторда қосымша қондырғы орнату қажет емес, бірақ терминалдарды бағдарламалық жабдықтау керек. Қала жағдайында, құрылыс нысандарында және амтомобильдерде зерттеулер кезінде қол жеткен қателік шамамен 75 м құрады, компания мұны 50 м жеткізу үшін шаралар атқаруда. Cursor жүйесі, сонымен бірге сәйкесті ПО жабдықталмаған терминалдармен жұмыс істей алады, бірақ бұл жағдайда позициялау қателігі километрге жуық болды.   

Өзінің орнын анықтау үшін пайдаланушы әдеттегідей қоңырау шалады. Бұл кезде оның телефоны дыбыстық байланысты орнату үшін арнайы қысқа хабарлама жібереді. Бұл үшін SMS қолданылады, бірақ хабарды тарату форматының арнайы өзгеруі де мүмкін. Осы SMS-те желінің дұрыс жұмысы кезінде базалық станциялар үздіксіз жіберетін және алдыңғы периодта активті емес телефон режимінде алынған сигнал туралы ақпарат болды. 

Телефоннан ақпарат алғаннан кейін орынды есептеу орталығы (Mobile Location Centre - MLC) осыған ұқсас ақпаратты телефонға жақын орналасқан жүйенің өлшеу модульдерінен (Location Measurement Units - LMU) сұрайды, белгілі пунктерде сигналдар қабылдануының уақыттарын салыстыра отырып телефонның орны анықталады. Барлық процесс мәліметтер пакетін күту уақытына тәуелді бірнеше секундты алады.

LMU модульдері көршілес базалық станцияларды басқара алатындай белгілі пунктерде ұялы желінің шеңберінде орналасады. Шамамен алғанда LMU желінің әрбір төрт станциясына біреуі керек. Модульдер бәсеке немесе базалық станцияларда орналаса алады. 

2001.02.22 Nokia жедел байланыс абоненттерінің орналасуын анықтайтын Enhanced Observed Time Difference (E-OTD) деп аталатын жүйесін ұсынды.

2000.09.18 Ericsson компаниясы E-OTD технологиясы пайдаланатын CPS (Cambridge Positioning system) британ компаниясының Cursor технологиясына лицензия алды. Осыдан бұрын ұқсас лицензияны Siemens компаниясы алған болатын E-OTD стандартын ETSI және ANSI қолдады. Локализация дәлдігі 50м, бұл АҚШ-тың байланыс бойынша Федералды комиссиясының шартын қанағаттандырады. Cursor-ды АҚШ-тың GSM операторы VoiceStream сынақтан нәтижелі өткізді.

CELLTRAX, Inc. компаниясы шығарған тағы да бір жүйе AMPS, TDMA (IS-136) және т.б. жүйелерде қолдануға бағытталған. Ол басқару арнасындағы сигналдар бойынша өлшеулерді орындайды, бірақ дыбыстық сигналдармен де жұмыс істей алады.

CELLTRAX қабылдағыштары базалық станцияда да, оларға тәуелсіз де орналасуы мүмкін. Жүйе бірқатар стандартты байланыс линиясы бойынша орталық есептегішке мәліметтерді беруге қабілетті. Бұл бір тәуелсіз CELLTRAX жүйесіне бірнеше оператордың телефондарының орналасуын басқаруға мүмкіндік береді.

Үш өлшемді гиперболалық орналасу беттерін анықтау жүйенің орталық блогінде орындалады. Көп сәулелік және өзге эффекттердің әсерін төмендету үшін қосымша мәтіндік импульстер, сонымен қатар бірнеше жылдар бойы компания құратын өңдеудің арнайы аморитмдері жүйеде таралады;

3) бұрыштық – айырмашылық – алыс өлшемді жүйелер.

Көп жылдар бойындағы тәжірбиелер негізінде және кеңейтілген моделдеу мен тестілеу өткізілгеннен кейін SigmaOne Communications Corp. компаниясы FCC сұраныстарын сенімді орындау үшін технологиялар комбинациясы қажет деген шешімге келді. Осы себептен компания Sigma-5000 атты байланысты позициялау жүйесін шығарды. Бұл жүйе өлшеудің екі әдісін бірге қолданады: потенттелген SigmaOne технологиясымен бірге көп сәулелікті есептеу арнайы алгоритмін қосатын Power Boost орынды анықтау технологиясы.

Мұндай біріккен жүйе өңдеудің қосымша операцияларымен бірге құрамына кіретін әрбір орналасуды анықтайтын технологияның кемшіліктерін жояды. Нәтижесінде Sigma-5000 жүйесі өзге технологияларды қолдану мүмкін емес жағдайларда орналасуды анықтай алады. Жүйе тек қана екі станция шақыруды қабылдаған жағдайда да орналасуды анықтауды қамтамасыз етеді.

Sigma-5000 жүйесі ұялы желінің инфрақұрылымына тәуелсіз қосымша ретінде орындалады. Жүйе радиоинтерфейс, ұялы телефон немесе ұялы желі құрылғыларын ешқандай өзгертуді қажет етпейді. Бұрыш өлшейтін технологияны орындау үшін базалық станцияларда орнатылатын арнайы жасалған антенналардың фазаланған торлар пайдаланылады.

Sigma-5000 AMPS және TDMA (IS-136) стандартының ұялы желілерінде позициялауды қамтамасыз етеді. Жүйенің өткізу қабілеті  секундына 500 анықтауға дейін. Бірінші санақта алу уақыты  шақыру келіп түскеннен кейін 1 секунд. Орналасуды анықтауды есептік қателік орташа квадраттық (67%) – 90 м кем, максималды (95%) –125 м. Нақты желіде Sigma-5000 жүйесін ұзақ тәжірибеден өткізу бойынша жұмыс істеу аймағында нәтижесіндегі қателік 67% үшін 105 м, ал 95% санақтар үшін 150 м шамасында болды. 

Технологиялардың осыған ұқсас комбинациясын Allen Telecom Inc. компаниясының Grayson Wireless бөлімшесі шығарды. Ол Geometrix жүйесі деп аталды. Көптеген жағдайларда Geometrix айырмашылық – алыс өлшемді сынақтарды ғана пайдалану арқылы  FCC сұраныстарын қанағаттандырады. Алайда кейбір жағдайларда бұрыштық өлшеулер беттесу мен дәлдікті жақсартуға мүмкіндік береді. Осының бір мысалы – ұялы желінің ұяшықтары жылдамдықты трассаның бір линиясы бойында орналасатын қала маныңдағы беттесу. Базалық станциялардың осылайша орналасуы бұрыштық және айырмашылық – алыс өлшемді жүйелер үшін ыңғайсыз.   

Geometrix жүйесі барлық режимдерде көп сәулеліктен болған қателерді төмендету үшін кеңістіктік селекция сигналдарын пайдаланады. Өте көп сәулелік жағдайында жүйе төрт станциядан өлшеу жүргізу режиміне өте алады.

Geometrix жүйесі AMPS, TDMA (IS-136), CDMA (IS-95), TDMA/AMPS, CDMA/AMPS стандарттарының аналогты және цифрлы жүйелермен және Motorola фирмасының ІDEN жүйесімен жұмыс істей алады. Базалық құрылым кезінде Geometrix секундына жүздеген анықтауды орындай алатындықтан сымсыз байланыстың бірнеше операторлары бір кезде бұл жүйені пайдалануы мүмкін;

4) “Радио” бойынша позициялау.

U.S. Wireless Corp компаниясы корреляциялы экстремалды класына жататын RadioCamera өзгеше жүйесін шығарды. Позициялаудың басқа технологияларына қарағанда бұл әдіс бірнеше пунктерде өлшеуді орындауды қажет етпейді. Мұнда бір базалық станцияның бір шақыруды реттеуі жеткілікті.

RadioCamera жүйесі бастапқы орынды да, телефонның орнын ауыстыруын да анықтауды қамтамасыз етеді және қалалық тығыз құрылыс жағдайында және сирек кездесетін базалық станциялары тікелей көру аймағында орналасқан ауылдық жерлерде де жүйе тамаша жұмыс істей алады.

RadioCamera жүйесінің сымсыз телефонның орнын анықтау бойынша жұмысы радиосигнал параметрлерін және оның көп сәулелік таралу сипаттамаларын анализдеу технологиясын қолдануға негізделген. Базалық станция қабылданған телефон сигналының фазалық, уақыттық және амплитудалық параметрлерін өлшей отырып, RadioCamera сигналының “радиоіз” (“fingerprint”) құрылымын бағалайды және оның “сигнатурасын” (“signature”) есептейді. Алынған ақпарат телефонның орналасуының әртүрлі нұсқаларына сәйкес “сигнатураларымен” салыстырылады.

Орналасуды идентификациялау үшін RadioCamera жүйесі көптеген базалық станцияларды тікелей көруді қажет етпейді. Бұл оның жұмысын тиімді етеді, себебі радиотелефондардың 70% орналасқан қала ішінде тығыз құрылыс нысандарының орналасуынан тікелей көруді қамтамасыз ету қиын. RadioCamera жүйесі пайдаланылатын инфрақұрылыммен сәйкестенеді, оңай интеграцияланады және базалық станция немесе абонент телефондарын өзгертуді талап етеді. Жүйенің интелектуалды мәліметтер қоры оның орналасуынан кейін құрылады және бірнеше күннен кейін жұмысқа қабілетті болды. 

1999 ж. сәуірде RadioCamera жүйесі AMPS ұялы телефондары абоненттерді позициялау тәжірибесінен өтті және FCC сұраныстарын жоғары дәлдікпен қамтамасыз етті; 

5) GPS  негізіндегі жүйелер.

Телефон орналасуын олардың радиосигналы бойынша анықтау әдістерінен басқа өзге құралдар көмегімен де орындауға болды. Бұл рөлге ең нақты претендент GPS жүйесі болып табылады. 1999 ж. қазанның соңында Байланыс өнеркәсібінің ассоциациясы сымсыз байланыс аппараттарының орналасуын анықтауға стандарт қабылдады. Жедел телефонды позициялаудың әлемдегі ең бірінші IS-801 стандарты олардың орналасуын анықтауға GPS жүйесін пайдалануға мүмкіндік берді.

Спутниктік навигациялық GPS (Global Positioning System) жүйесі жердегі қабылдағыштарды позициялауды қамтамасыз ету үшін спутниктер желісін пайдаланады. Ол спутниктен сигналдың таралу уақытын бағалауға негізделген GPS  жүйесінде координаталарды анықтауда екі түрлі дәлдік деңгейіне жетуді қамтамасыз ететін екі өлшеу арнасы орнатылған. Ортақ қолданыс үшін ашық арнада орынды анықтаудың қателігі шамамен 100 м, ал кейбір жағдайларда дәлдік одан да жоғары болды [3].

GPS жүйесі ұялы телефондарды позициялау кезінде қолданғанда келесідей артықшылықтарға қол жетеді: анықтаудағы айтарлықтай жоғары дәлдік және дүниежүзілік беттесу. Алайда бұл әдіске келесідей  кемшіліктер тән:

- телефонды модификациялау қажет, себебі оған GPS қабылдағыш пен ұялы желіге координаттық ақпаратты тарату құрылғыларын қосу керек, GPS қабылдағышты радиотелефон құрамына қосу оның құнын, салмағын арттырады және батареялардың жұмыс уақытын азайтады;  

- координаталарды анықтау аймағы шектеулі, себебі жабық нысандарда, ойпаттарда, қала орталықтарында және т.б. спутник сигналдары жоғалуы мүмкін;

- қоректенуді қосқаннан кейін дайындық жағдайына ұзақ келуі – қабылдағыш сөніп тұрса, бірінші санақты алуға дейін 30-90 секунд (кейде 15 минутқа дейін) қажет болуы мүмкін.

Технологияны интеграциялау

Берілген типтегі позициялау жүйесінің мысалын SnapTrack, Inc компаниясы құрды. Оның жүйесі  GPS технологиясын сымсыз байланыс желісінің инфрақұрылымымен біріктіреді, дәлдігі 5-75 м (орташа 10-20 м) дейін жетеді.

Бұл архитектура “телефондағы CPS” және ұялы желі мүмкіндіктерін интеграциялайды. Технологиялық жағынан  SnapTrack жүйесі GPS жүйесінің мүмкіндіктеріне сүйенеді, алайда ол мүмкіндіктер кеңейтіледі: патенттелген бағдарламалық алгоритмдер арасында сандық мәліметтерді өңдеу мәселелерін реттеу (оларды ұялы телефондардың процессорлары орындайды) жүйенің серверіне орнатылған арнайы бағдарламалық жабдықтау. Нәтижесінде, әдеттегі GPS қабылдағыштар мәліметтерді өңдеуді әрқашан орындаса, SnapTrack жүйесінде ол тек тікелей орынды анықтау кезінде жұмыс істейді. Ал нақты айтатын болсақ, абонент орналасуын анықтау қызметін сұрағанда оның SnapTrack жүйесімен жабдықталған терминалы GPS мәліметтер пакетін қабылдайды, оны өңдейді де алынған ақпаратты жүйе серверіне жібереді. Сервер ұзақтық пен кеңдікті есептейді, дифференциялды жұмыс режимін пайдалану жолымен дәлдікті қамтамасыз ету және сигналдық көпсәулелілік және өзге де бұрмалануларын жою жолында бірқатар процедураларды орындайды.

GPS қолданудың SnapTrack режимінің бірнеше артықшылықтары бар:

- сенімділігі жоғары: GPS қабылдағыштың жоғары сезімталдығын алудың патенттелген әдісінің арқасында SnapTrack жедел телефондар бар және тіпті спутниктік сигналдар әлсіздейтін жағдайларда да барлық жерде пайдаланылады; АҚШ-та, Еуропада және Жапонияда жүргізілген тәжірибелерде SnapTrack жүйесі тығыз қала ішінде, орманды жерлерде, нысаналар ішінде, автокөлік ішінде абоненттерді дәл позициялайды;

- абоненттің орналасуын анықтауға және бірінші санақты алуға аз уақыттың қажеттілігі; ол бірнеше милисекунд және SnapTrack технологиясы үздіксіз спутник сигналдарын іздеуді қажет етпейтіндіктен пайдаланатын қуат төмен болады. GPS ақпарат алдын-ала дайындалусыз және тікелей орналасуды анықтау кезінде ғана алынады, ал басқа кезде GPS қабылдағыш пайдаланылмайды;

- жедел қондырғының төмен құны – схемотехникалық және бағдарламалық шешімдерді бірге пайдалану сандық сигналдарды өңдеудің телефон процессорларында (DSP) орындалады да GPS технологияға қарағанда аппараттық жабдықтарға сұраныстары төмен; сандық радиотелефонға қосылатын түйіндер құны $5-10 құрайды.

Snap Track жүйесі операторларға тиімді тағы бір артықшылыққа ие. Жүйе ешқандай желіде станция орнатуды немесе оның құрылғыларын дамытуды талап етпейді. Бірақ ұялы телефондар мен желі арасындағы координаталарды анықтауды орындайтын функцияларды бөлу есебінен жүйенің есептеу қуаты және өнімділігі автоматты түрде өседі. Ол арнайы жаңа телефондарды қосумен байланысты. Басқа технологиялар кезінде оператор толық форматты позициялау жүйесін орнату кезінде шығынға ұшырайды.

“GPS – телефонды” позициялау технологиясын құрудың өз нұсқасын Qudlcomm Inc және Lucent Technologies Inc компаниялары ұсынды. Олардың жаңа технологиялары құрылыс нысандарының сыртында 4,5 м, ал ішінде 30 м дейін позицияларды қамтамасыз етеді.

Осы облыста жұмыс істейтін тағы да бір компания SiRF Technology Inc жедел телефонның стандартты процессорында GPS-чипі функциясын толық жүзеге асырғанын жариялады. Осы технология бойынша жасалған жедел телефондарды Ericsson шығарады.

Позициялау нәтижесінде не береді?

а) “Плюстер”.

Позициялау технологиясы тек ұялы байланыс абоненттері үшін қауіпсіздік жүйесін құру үшін ғана емес, абоненттің орналасуын білуге негізделген бірқатар қосымша қызметтер көрсету мүмкіндігіне негізделген.

Renouissance Strategy консалтингті фирмасының болжамына сәйкес (Бостандық фирма) абоненттің орналасуын анықтауға байланысты қызметтер нарығы 2003 ж.  желі операторларына $500 млн. шамасында пайда алып келеді, ал Ovum зерттеу орталығының мамандары навигациялық сервистерден түсетін пайда $9,75 млрд, соның ішінде 2005 ж. абоненттер саны 376 млн. болады деп санайды.

Орналасу туралы ақпаратты қолданудың ең перспективті облысы болып бүгін қауіпсіздікті қамтамасыз ету бағыты, автокөлікті, персоналды және ақпаратты сервисті басқару жүйесін құру болып табылады. Навигациялық сервистер таныс емес аймақта жол табуға мүмкіндік береді, ал абоненттердің орналасуы туралы ақпаратты қамтитын арнайы қызмет қажет жерге жетуге көмектеседі. Жеке қауіпсіздікті қамтамасыз етуде де олар маңызды – жедел телефоннан келіп түскен қауіп сигналы абоненттің қайда орналасқаны туралы сәйкес қызметтерге ақпараттар жібереді.

Жаңа технологиялардың нәтижелерін пайдаланудың жаңа жолын V.S.Wireless компаниясы өзінің Radio Camera жүйесінде қолданды. Орналасу орнын білу жедел телефонның қозғалуын бақылауға мүмкіндік береді және бұл автомобиль тығындарын оперативті табуға жол береді. Әрбір телефонды бөлек позициялай отырып оператор қозғалыс орнын, жылдамдығын және бағытын анықтауға мүмкіндік береді. Егер “ағынның” жылдамдығы сағатына 5-10 км болса, онда ол жерде тығын, ал егер телефон қозғалыссыз тұрса - ол жерде апат, яғни оператор абоненттердің қалауы бойынша қай жерде тығын екенін кез келген жағдайда анықтап бере алады.

Абоненттердің орналасқан жері туралы ақпарат пайдаланушыға «Мен қайдамын?», «Жақын жердегі ... қайда?», «Қажетті орынға машинада, қоғамдық көлікте немесе жаяу қалай жетуге болады?» деген сұрақтарға жауап беруге көмектеседі. Бұл құрылғы бригада жұмыскерлерінің немесе көліктің және т.с.с. орын ауыстыруын басқаруға бағытталған корпоративті клиенттер үшін ақпараттық қызметтің бір түрі болуы мүмкін.

Жедел байланыс қызметтері және орналасу орнын анықтау маркетинг пен жарнама үшін үлкен мүмкіндіктерді ашады: телефон пайдаланушыларға жақын арадағы мейрамханалар, қонақ үйлер және т.с.с. туралы ақпаратты бере алады; балаларының қайда жүргенін білу үшін ата-аналарға қажет; оның көмегімен тіпті ұрланған автокөліктер мен партотивті компьютерлерді анықтауға болады.

Басқаша айтқанда, жедел байланыс индустриясына “wireless geolocation” (сымсыз геопозициялау) деп аталатын жономды технологияның келуі жаңа ақпаратты алуға ғана бағытталмайды, ол радиотиф пайдаланушыларына қызмет көрсетудің жаңа сапалы деңгейіне өтуге негіз болады;

б) “Минустар”.

Телефонды позициялау сондай қарқынды орындалуда, тіпті “жеке өмір құпиясын” сақтағысы келетіндердің наразылығын тудыруда. Мамандар айтуы бойынша мұндай технологиялар екі түрлі бағытталған, олар телефонның орналасуын анықтайды, ал бұл жеке өмірге қол сұғуды білдіреді. Сонымен қатар, орналасуды анықтау әдістері желі қондырғысын пайдалануға ғана негізделіп, мәліметтерді абоненттің рұқсатынсыз және оның мәліметінсіз беруі мүмкін. Көптеген “күшті құрылымдарға” бұл өте ыңғайлы болады. Бұрын мұндай құрылғылар айтарлықтай қымбат болады да, стандартты функцияларға жатпайтын.

Пайдаланушылардың олардың ізінен жүруге қарсы наразылық білдіргендіктен, GPS өзінің Cursor позициялау жүйесіне клиенттің сұранысы бойынша жүйені өшіру операциясын енгізді. Мұндай мүмкіндік Cellpoint Systems жүйесінде де бар. Snap Track жүйесінде “жеке құпия” қорғанысы орнатылған – пайдаланушы “911” нөмірін теру арқылы немесе арнайы сұраныс арқылы бұл процесті жоя алады.

Ұялы спутникті байланыстың автономды немесе дүниежүзілік навигациялық GPS секілді спутник жүйесімен интеграциялануы – жедел байланыс дамуының маңызды бағыттарының бірі. Дүниежүзілік позициялау технологиясының пайдаланушылар үшін артықшылығы – жердің кез келген бөлігінде жүріп, орналасу жеріңді анықтау мүмкіндігі. Ең бастысы, мұндай қызметтерге төлеу қажет емес. Ең басты шығындар – бұл навигациялық қабылдағыш пен антенна сатып алудағы шығындар. Егер навигациялық қондырғы ұялы телефонға немесе спутниктік терминалға орнатылса, шығындар аз болады, тіпті Internet-ке рұқсатқа қарағанда да төмен болады. Оператор абоненттің координаталарын біле отырып қашықтыққа тәуелді дифференцияланған шақыру құнын белгілейді, сонымен қатар абоненттің орналасу жеріне байланысты ақпараттанған қызметтер көрсетеді.

Жедел байланыс және навигацияның интеграцияланған технологиясы автокөліктерді ұрлаудан қорғау жүйелерін құру кезінде кең таралады. GPS қабылдағышпен біріккен оның иесінің орналасуы туралы мәліметті автоматты жіберетін ұялы телефондар шығарылды. Бүгін зардап шеккен адам арнайы тетікті баса отырып ұялы телефон арқылы милицияға хабар жібере алады. “Электронды компасы” бар ұялы телефондар жақын арада автомобилистер секілді осы қызмет түрін қажет ететіндер үшін көмекші болады. Болашақтағы жүйелерде абоненттік терминал электронды картамен жабдықталады. Бұл таныс емес қалада жүріп-тұруға көмектеседі.

Әлемнің көптеген аймақтарында диспетчерлік орталықтар жұмыс істей бастады. Олар нақты уақытта электронды карталарда жылжымалы объекттердің автоматты түрде бейнелеу мониторингін қамтамасыз етеді. Транспорт құралдарының; соның ішінде рейстік автобустардың маршрутын автоматты протоколдайтын құрылғылар пайда болды.

1.4.4            Сөзді анықтау және дауыспен басқару  

Жедел жүйелерде мәліметтерді тарату қызметін жаппай енгізудегі кедергі жасайтын жағдай адам-машина интерфейсі екендігі белгілі. Дыбыс зорайтқышты байланыс адаптерлері автокөлік қозғалысы кезінде телефон байланысын орнату мүмкіндігін қамтамасыз етеді. Алайда мәліметтерді жіберу кезінде барлық мәселелерді шешпейді де, сөзді анықтауда негізделген жаңа революциялық технологиялар қажет болады. Бұл бағытта біршама жетістіктерге қол жетті. Motorola компаниясы “сөздік белгілер” (VoxML) арнайы тілді пайдаланады және ол арқылы дыбыстық басқарудың стандартты әдісін жүзеге асырады. Жүргізуші қызметтерді ауызша командалар арқылы пайдаланады.

Сөзді анықтау, сонымен қатар, телефон шалған адамды оның дауысы бойынша таниды, яғни өзіндік дауыстық анықтағышты орындайды. Осы жаңа қызметтің басқа да қосымшалары болуы мүмкін.

Жедел байланыстың өзге  технологиялармен бірігуі 3 ұрпақ қызметтерінің дамуына негіз болады. Электронды коммерция аймағында үлкен жетістіктерге қол жеткізді. Тікелей жаедел телефон көмегімен алынатын банктік қызмет көлемі біршама кеңейеді. Олардың құрамына ақылы ақпараттық анықтамалық қызметтер, электронды төлемдердің бірнеше түрлері кіреді (авиабилет, тұрақтарды төлеу, т.б.) және болашақта барлық банктік операцияларды портативті немесе жедел ұялы телефондар арқылы орындалады да, бұл оларды “қалта банкоматына” айналдырады.

Бұл жүйелердің жаңа саласы -  олар компания – операторларға өз бетінше қосымшалар, функциялар және қызметтер ұйымдастыруға мүмкіндік береді.

Атап өтілген қызметтердің көбі әдеттегі телефон байланысымен немесе 2 ұрпақтың жедел байланысымен салыстырғанда жаңа болып табылады. Байланыс және ақпаратқа технологиялық рұқсат аймағындағы революциялық түрленулер 2005-2010 ж. аралығында болады. Бұл кезде осы жаңа қызметтер бизнесте, оқуда, медицинада, тұрмыста қолданылатын бүкілхалықтық сипатқа ие болады.

 1.5            3 ұрпақ жүйелеріне өтудің құрылымы 

  IMT-2000 концепциясының шеңберінде 3 ұрпақ қызметтеріне өтудің 2 стратегиясы қарастырылады: табиғи (эволюциялық) және кенеттен (революциялық). Бұл әдістер N (Narrowband) және W (Wideband) деп белгіленеді. (4-сурет). Стратегиялардың әрқайсысына тән артықшылықтар мен кемшіліктерді қарастырайық. Революция барлық жаңа технологиялар мен жаңа интерфейстерді енгізуді орындайды, бірақ қолданыстағы қондырғылар мен бағдарламалық қамсыздандыруды толық алмастыруды көздейді. Ал бұл үлкен шығындарды қажет етеді. Берілген стратегияны өңдеу үшін әлемнің әртүрлі аудандарында тәжірибелік желілер іске қосылды.

Екі әдісті қағидалы бөлетін маңызды белгілердің бірі - жиіліктік қорды пайдалану әдісі. Революциялық стратегия кезінде жаңа жиіліктік қор қажет болады. Жапония мен Еуропа осы жолмен өтіп 3 ұрпақ жүйелері үшін “жеке” радиожиілік жолағын арнайы бөлуде АҚШ тіпті өзгеше жолды таңдады - IMT-2000 бөлген спектрде PCS қызметі орналасқан және 3 ұрпақ жүйелері ескі жолақтарда TDMA/AMPS стандарты желілерімен бір жұмыс істейді.

 

4 Сурет 3 ұрпақ жүйелеріне өтудің екі стратнгиясы 

2 ұрпақта ең көп таралған 2 технология - TDMA/AMPS және GSM эволюциялық даму жолына түсті. Бүгінде бұл жүйелердің өткізу қабілетін арттыру және бөлінген диапазондар шеңберінде көрсететін қызмет түрлері бойынша мүмкіндіктері шектеулі. Спектрді қосымша кеңейтусіз олардың сыйымдылығының артуы жартылай жылдамдықты арналарға (GSM) өту, көп секторлы антенналарды енгізу және спектральды-тиімді модернизация әдістерін пайдалану есебінен ғана орындалады.

Эволюциялық енгізу аз шығындарды талап етеді және қажетті қызмет түріне сұраныс деңгейіне байланысты қондырғыны біртіндеп ауыстыруды қажет етеді. Бұл эволюциялық модернизациялау арқылы жаңа желілік элементтер енгізіп, байланыс желісінің инфрақұрылымын максималды пайдалануға мүмкіндік береді. Эволюциялық стратегияның негізгі кемшілігі - барлық жаңа технологиялардың артықшылықтарын пайдалану және дүниежүзілік роумингті ұйымдастыру мүмкіндігінің болмауы (5-кесте).

Әлемдік нарықтың массивтілігі және инерттілігі жедел байланыстың барлық желілерінің жаңа технологияның стандарттар мен абоненттерге қызмет көрсету режимдеріне өтуін қысқа мерзімде орындауға мүмкіндік бермейді. Кейбір аймақтарда және халық шаруашылығының тармақтарына 3 ұрпақ желілерін құру басынан басталуы да мүмкін. 2003 ж. мамырдың басында 25 елде 49 3G желісі пайдаланылған (5-сурет). Осы желілердің абоненттерінің саны 44,5 миллионға жетті [9].

3G пайдаланудың өсуі қарқынды орындалуда, 2002 ж. соңында барлығы 21 3G желі 9 елде болды және абоненттердің саны 16,7 млн-нан аспады.

IMT-2000 стандарттар тобының ішінде ең перспективалы CDMA 2000 (IMT-MC) болып табылады, екінші орында - WCDMA, басқаша айтқанда   VMTS(IMT-DS) (6-сурет).

CDMA 2000 1xEV-DO технологиясы жедел байланыс операторларына басқа технологияларға қарағанда, кез келген уақытта, кез келген жерде интернетке кең жолақты рұқсатты ұсынады. Сиэтл қаласындағы интернетке сымсыз рұқсат қызметтерінің провайдері Nonet Nobile Networks компаниясы Солтүстік Америкада CDMA 2000 1xEV-DO стандарт желісінде жоғары жылдамдықты интернетке жедел рұқсат ететін алғашқы сервисті іске қосты.

3 ұрпақ (3G) қызметтерінің дамуындағы CDMA даму тобы (CDMA Development Group CDG) - бұл cdmaone және CDMA 2000 пайдалану, енгізу, дамыту мақсатында құрылған коммерциялық емес сауда ұйымы. CDMA 2000 1xEV-DO технологиясы енді АҚШ-та да іске қосылғанын жариялады. CDG мүшелері - көптеген ірі сымсыз операторлар мен қондырғылар өндірушілерді қосқанда 100-ден аса компаниялар болып табылады.

 5 К е с т е Жедел байланыс нарығындағы 2 стратегия

Стратегия

белгісі

Эволюциялық әдіс

Революциялық әдіс

Жиіліктік қорды пайдалану әдісі

Ескі диапазондарда жұмыс істеу

Жаңа диапазондарды

пайдалану

Қызмет көрсету қағидасы

Біртіндеп кеңейтілетін қызмет түрлері

Жаңа қызмет түрлері

Өткізу қабілеті

Біртіндеп артады

Бастапқыдан жоғары

Желілік инфрақұрылымды құру стратегиясы

Қызмет түрлеріне сұраныстың артуына тәуелді 2G-ден 3G-ге біртіндеп өту

Қызмет түрлері толық «жаңа» аудандарды құру

Технологиялық

деңгей

Бөлек элементтерде енгізілетін  жаңа технологиялар

Барлық жаңа технологиялар

Желі архитектурасы

Қолданыстағы архитектураны максималды пайдалану

Жаңа

Коммерциялық қауіп

Төмен

Жоғары

Операторлар құрамы

негізінен 2G-дағыдай

3G қызметтеріне лицензия сатып алған операторлар

Дүниежүзілік роуминг

шектелген

шектелмеген

Қаржы шығындары

Елеусіз аз

Елеулі

 

 5 Сурет 2003 жылы мамырда пайдаланудағы 3G желілері

 CDMA 2000 1xEV-DO 2001 ж. тамызда халықаралық электробайланыс одағында  3G-стандарты деп танылды. Ол мәліметтерді тарату қызметіне арналған және бір 1,25 мгц болатын жиіліктік арна шеңберінде мәліметті таратуда 2,4 мбит/с жылдамдықты қамтамасыз етеді. Бұл интернет пен интранетке әрқашан рұқсатты кабельді және DSL- линиялар негізіндегі жылдамдықтарды алуға мүмкіндік береді.

 

6 Сурет 3G желілерінің абоненттер санының өсуі

 CDMA 2000 1xEV-DO технологиясының негізіндегі алғашқы желіні 2002 ж. қаңтарында  SK Telecom корей операторы ұсынды.  KT Frectel өзінің  CDMA 2000 1xEV-DO – сервистерін осыдан 4 ай өткен соң Кореядағы әлемдік чемпионат (футбол ойындары) кезінде ұсынған еді. CDMA 2000 1xEV-DO технологиясында жедел желілер үшін мәліметтерді тарату жылдамдығы 600 кбит/с, ал фиксирленген желілерде-1,2 мбит/с жетті.

CDMA 2000 1xEV-DO – құрылғыларының орындалу модельдері 7-суретте көрсетілген. CDMA 2000 1xEV-DO технологиясы CDMA 2000 1x технологиясына кері байланыс, сондықтан  SK Telecom және  KT Frectel- операторлары тек желілерді аз ғана өзгертіп, аз шығындар шығарды.  CDMA 2000 1xEV-DO технологиясы мәліметтерді жоғары жылдамдықта таратуға мамандандырылған Nonet Nobile Networks провайдері болып таңдалды.

7

 

 

 

 

Сурет 3G желілерінің жедел телефондары

     2        Технологиялық радиожүйелерде спектрдің кеңеюі

2.1            Спектрді кеңейтудің артықшылықтары

Спектрдің кеңею термині көптеген әскери және коммерциялық байланыс жүйелерінде пайдаланылды. Кеңейтілген спектрлі жүйелерде әрбір хабарды тасымалдаушы-сигнал қарапайым модуляцияланған сигналмен салыстырғанда радиожиіліктердің кең жолағын қажет етеді. Кеңейтілген жиіліктер жолағы өзге жолдармен жету қиын пайдалы сипаттамалар мен қасиеттер алуға мүмкіндік береді.

Спектрдің кеңеюі дегеніміз қосымша модуляция сатысының көмегімен спектрі кеңейген сигналдың қалыптасу әдісі. Қосымша модуляция сигнал спектрін кеңейтіп қана қоймайды, сонымен қатар өзге сигналдарға әсерін әлсіретеді. Қосымша модуляция таралатын хабармен байланыссыз.

Кең жолақты жүйелер келесі артықшылықтарының арқасында кең қолданылады:

а) жоғары бөгеуілге қарсы тұрушылық;

б) көпстанциялық рұқсат және оның негізіндегі CDMA технологиясын пайдаланушы жүйелерде арналарды кодалық бөлуді қамтамасыз ету мүмкіндігі;

в) спектральды тығыздығы төмен болуынан энергетикалық жасырынуы;

г) ара қашықтықты өлшеу кезінде рұқсат қабаттың жоғары болуы;

д) байланыстың  қорғалуы;

ж) бөгеуілдер әсеріне қарсы тұру мүмкіндігі;

з) жеке байланыстың кейбір ұялы жүйелерінде спектральды тиімділігінің және өткізу қабілетінің жоғары болуы;

и) бір ЖЖ арнада бір уақытта орналасқан пайдаланушылар саны артқанда байланыс сапасының біртіндеп төмендеуі;

к) төмен баға;

л) қазіргі кездегі элементтік қордың болуы (интегралды микросұлбалар).

Архитектурасы мен пайдаланылатын модуляция түрлеріне сәйкес спектрі кеңейтілген жүйелер келесі негізгі топтарға бөлінуі мүмкін:

2.1.1 АКБКР жүйелерін қосқанда, псевдокездейсоқ тізбектер (ПКТ) негізінде спектрі  кеңейтілген жүйелер.

2.1.2 Жұмыс жиілігі ақырын және жылдам ауысатын АКБКР жүйелерін қосқанда жұмыс жиілігі қайта ауысатын (“секіретін” жиілік) жүйелер;

2.1.3 Спектрі кеңейген және тасушысы басқарылатын (CSMA) көрсеткіштік рұқсат жүйелері.

2.1.4 Сигналдардың уақытша орны қайта өзгеретін жүйелер.

2.1.5 Сигналдары сызықтық - жиіліктік модуляцияланған (chip modulation) жүйелері.

          2.1.6 Спектрі ығысу әдістерімен кеңейтілген жүйелер.

Радиобайланыстың жылжымалы жүйелерінде спектрлері тікелей, жұмыс жиілігі қайта ауысу арқылы және тасушыны басқару арқылы кеңейтілген әдістер қолданылады. Бұл әдістер алдымызда толық қарастырылады.

 2.2            Спектрі кеңейтілген жүйелердің негізгі концепциялары

 2.2.1     Псевдокездейсоқ тізбектер көмегімен спектрдің тікелей кеңейтілуі

 


8-суретте псевдокездейсоқ тізбектер негізінде спектрі тікелей кеңейтілген жүйенің сұлбасы көрсетілген. Бірінші модуляторда аралық жиілікті сигналдың берілетін хабардың d(t) екілік сандық сигналымен фазалық манипуляциясы (PSK) орындалады. Оның форматы нөлге қайтусыз (NRZ)  және символдардың өту жиілігі fb = 1/Тb.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а – PSK сигналдарын таратқыш;  б – модуляциялаушы жиілік жолағында спектрі кеңейтілген таратқыш;  в- қабылдағыш.

8 Сурет – Спектрі тікелей кеңейтілген жүйенің құрылымдық сұлбасы

Негізгі концепцияларды сипаттау үшін ораушысы тұрақты модуляция алдында фильтрлеу орындалмайтын қарапайым екілік PSK  орындалады делік PSK, онда  сигнал келесі өрнекпен анықталады [10]

                                                           (1)

мұндағы d(t) - +1 және –1 күйі болатын екі деңгейлі фильтрленбеген сигнал;

ωпч — аралық жиілік;

Рs — сигналдың қуаты.

Спектрдің кеңею сигналы ретінде g(t) символдарының жүріп өту жиілігі fо = 1/Тс болатын псевдокездейсоқ тізбектер (ПКТ) сигналы қолданады.

Қайта модуляциялау нәтижесінде спектрі кеңейтілген келесідей PSK сигнал қалыптасады

.                                    (2)

Аралық жиіліктегі бұл сигнал радиожиіліктер синтезаторының (РЖ) көмегімен жоғарыдағы қажетті жиілікке ауыстырылады. Мұндағы ω0 аралық ωаж немесе радиожиілікті ωрж білдіреді.

Жылжымалы байланыс жүйесінің бір ұяшығының шеңберінде, әдетте, бір уақытта байланысты пайдаланатын бірнеше абонент болды. Олардың әрқайсысы бір тасушы жиілікті fжж немесе бірдей жиіліктер жолағын Вжж алады.

Көпстанциялық рұқсат жүйелерінде спектрі кеңейтілген сигналдың құрылу процесі екі  этапта орындалады: модуляция және спектрді кеңейту (немесе псевдокездейсоқ тізбектер көмегімен екінші ретті модуляция). Екінші ретті модуляция идеалды көбейту g(t)s(t) операциясының көмегімен орындалады. Мұндай көбейту кезінде тасушысы сөндірілген амплитудалық – модуляцияланған екі жолақты сигнал қалыптасады. Бірінші және екінші модуляторлардың орнын жүйенің потенциалды сипаттамаларына әсер етпей-ақ ауыстыруға болады.

Спектрі кеңейтілген g(t)s(t) сигнал қажетті радиожиілікке дейін жоғарыға түрленеді. Жиілікті жоғары немесе төмен түрлендіру көптеген жүйелер үшін қажетті процесс болғанына қарамастан, бұл этап негізгі болып табылмайды. Сондықтан енді g(t)s(t) сигналы аралық жиілікте қабылданады және таралады деп есептеп, олардың жоғары және төмен жиіліктерге түрленуі жайлы айтпаймыз.

Осылайша, қабылдағыштың кірісіне РЖ бір жолағында орналасқан спектрі кеңейтілген М тәуелсіз сигналдардың қосындысы келіп түседі.

                                            (3)

          мұндағы М — бір уақытта (активті) пайдаланушылардың саны;

gi(t) — і-ші жұптың ПКТ таратқыш – қабылдағышы;

si(t) — модуляцияланған сигнал;

I(t) — бөгеуіл (арнайы немесе өзіндік);

n(t) — АБГШ.

Пайдаланушының қабылдағышында gi(t) уақыт бойынша синхрондалған сигнал болады. Ол сәйкес таратқыштың ПКТ сигналының көшірмесіне сәйкес келеді және спектрдің сығылуын қамтамасыз етеді. Спектрі өзгеріске ұшырағаннан кейін алынған тар жолақты PSK сигнал демодуляцияланады. Спектрі кеңейтілген жүйелердің құрылуы негіздерін зерттеу үшін екілік фазалық модуляция қабылданады делік. 

Бірнеше корреляцияланбаған ПКТ алынған болса, онда спектрді сығу операциясынан кейін тек модуляцияланған пайдалы сигнал ғана сақталады. Барлық өзге сигналдар корреляцияланған болмаса да кең жолақты болды және оның спектр ені демодулятор сүзгісінің шекті өткізу жолағынан асатын болды. 9-сурет және 10-суреттерде қысқартылған уақыттық және спектральды диаграммалар келтірілген. Бұл диаграммалар сигнал спектрлерінің сығылу және кеңею процесін көрсетеді. Атап айтқанда, оларда тасушы сигналы болмайды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9 Сурет – Спектрдің кеңеюі кезінде уақыттың және спектральдың диаграммалары

 Gp корреляциялық өңдеу кезіндегі немесе жай өңдеу кезіндегі ұтыс – шығыстарды сигнал/шу (S/N) немесе сигнал/бөгеуіл (S/I) қатынасы кірістегі осы шамалармен салыстырғанда қанша есе өсетінін көрсететін коэффициент. Мысалы, 8-суретте F нүктесінде (S/N) кіріс немесе (S/I) кіріс 5 дБ-ге тең болса, пайдалы сигналдың спектрін онымен сәйкесті тіректік ПКТ сигналының көмегімен сығылғаннан кейін G нүктесіндегі (S/N) шығыс қатынасы 27 дБ-ге тең болды, яғни өңдеу кезіндегі ұтыс 22 дБ құрайды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10 Сурет – Спектрді кеңейту және сығу процестері

 

     Осылайша, GP өңдеу кезіндегі ұтыс келесі өрнектен анықталуы мүмкін

.                                                   (4)

Өңдеу кезіндегі ұтыс көбінесе келесі қатынаспен сипатталады

                                         (5)

мұндағы BWрж - РЖ жолағының ені;

          BWмод -  модуляциялайтын сигнал жолағының ені.   

          Модуляциялайтын сигнал жолағының ені Rинф - fв тең, яғни модуляциялаушы сигналдың жылдамдығы, егер оның спектралды тиімділігі 1 бит/(с*Гц) болса.

Mj  бөгеуілден қорғаныс коэффициенті қажетті сигнал/шу (SIN) шығыс  шамасын, жүйені  орындау кезінде мүмкін болатын энергетикалық  шығындарды  (L жүйе) ескеру  келесідей анықталады

.                                                      (6)

Мысалы, АКБКР  спектрі тікелей кеңейтілген жүйесінде  мәліметтерді  тарту  жылдамдығы fb=10 кбит/с, ал спектрі кеңейту үшін қолданылатын  екілік ПКТ  символдарының  жиілігі f=10 Мбит/с  болсын. Қателер ықтималдығы Pb=10-6 кезінде шығыстағы сигнал/шу (S/N) шығыс 12дБ-ге тең болғанда бөгеуілден қорғаныс коэффициентін  Mj  анықтаймыз.

           (5) өрнекке сәйкес өңдеу кезіндегі  ұтыс

.

Мұнда РЖ жолақтың ені BPSK  сигнал спектрінің бірінші нөлдерімен анықталды, сондықтан екілік символдардың  жиілігі f=10 Мбит/с кезінде ол 20МГц-ке тең. РЖ енін осылайша тез анықтау спектрі кеңейтілген  қарапайым жүйелерді  анализдеу кезінде жиі қолданылады. Егер жүйені  орындау  кезіндегі құрылу, іздеу сигналдары демодуляциялау  процестерінің әсерінен пайда болған энергетикалық шығындар Lжүйе = 2дБ  болса, бөгеуілден қорғаныс коэффициенті:  

.

 

2.2.2      Жиілікті  бағдарламалық өзгерту жолымен спектрді кеңейту

 Бағдарламалық жұмыс жиілігін өзгерту  жолымен спектрі кеңейтілген жүйелер концепциясы спектрі  тікелей кеңейтілген жүйелер концепциясына ұқсас. Жүйенің таратушы  қабылдаушы бөліктерінің құрылымдық сұлбалары 11-суретте келтірілген. Мұнда екілік ПКТ генераторы көптеген  жиіліктер  ішінде  бір жиілікке өтуді орындауға көмектесетін жиіліктер  синтезаторын басқарады. Осылайша, мұнда спектрді кеңейту эффектіне тасушы жиілігін псевдокездейсоқ өзгерту есебінен қол жетеді. Тасушы жиілігі f1,...,fN жиліктерінен алынады, мұндағы N бірнеше мың  немесе одан да көп болуы мүмкін. Егер хабарларды  өзгерту жылдамдығы (жиіктердің ауысу жылдамдығы) хабарды тарату жылдамдығынан артық болса, онда бұл жиілік жылдам ауысатын жүйе болады. Егер өзгеру жылдамдығы хабарды тарату жылдамдығынан аз болса жүйе жиілігі ақырын өзгереді де, өзгеру аралығында бірнеше бит таралады.

         Егер Δf - көршілес дискретті  жиіліктер арасындағы жиіліктік аралық  N - мүмкін болатын жиіліктер, яғни жиіліктік арналар саны болса, онда жиілігі ауысатын жүйеде өңдеу кезіндегі ұтыс

.                                              (7)

Ең жиі қолданылатын спектрді кеңейту әдістерінде (тікелей кеңейтумен немесе жиілікті өзгерту арқылы) ПКТ  қолдану керек. Олардың көмегімен спектрі кеңейту/сығу синхронизация мәселелері шешіледі. ПКТ  олардың әртүрлі қасиеттері  төменде қарастырылады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11 Сурет Жиілікті өзгерту арқылы спектрі кеңейтілген жүйелердің қабылдағыштары  мен таратқыштарының құрылымдық сұлбасы

 

2.3 Псевдокездейсоқ тізбектер

 2.3.1 Анықтамалар жүйелік шарттар

 АКБКР  псевдокездейсоқ тізбектер көмегімен кеңейтілген спектрді  пайдаланатын жеке немесе сандық радиобайланыс жүйелерінде келесі негізгі мәселелер шешіледі:

а)  тарату кезінде жиіліктер жолағының енін арттыру мақсатында модуляциялынған сигнал спектрінен кеңейту;

б)  көпстанциялық рұқсат режимінде тарату кезінде бір жолақты қолданатын пайдаланушылардың сигналдарын бөлу.

Көрсетілген мәселелерді шешу үшін тізбектер арнайы коррекциялық қасиетке ие болуы тиіс. Ra(τ) автокорреляциялық функцясы келесі  интегралмен анықталады [11]

.                                                          (8)

Ол f(t) сигналы мен уақыт бойынша τ шамасына ығысқан оның копиясы арасында сәйкестік өлшемі болып табылады.

Rвз(τ) өзара корреляциялық функциясы τ шамасына уақыт бойынша ығысқан екі түрлі сигналдардың f(t) және g(t) сәйкестік  өлшемі болып табылады және интегралмен анықталады.

.                                                  (9)

Белгілі радиобайланыс жүйелерінде спектрді кеңейту сигналдары ретінде екілік сандық ПКТ қолданылады Символдың ұзақтығына еселі дискретті  ығысу кезінде бұл тізбектердің авто және өзара корреляциялық функциялары белгілі аймақта таңбасын (биттік) салыстыру кезінде  сәйкес келу (A) және сәйкес келмеу (Д) сонымен есептелінеді  (1.2, е –сурет).

Спектрді кеңейту тарату жолағын біртекті  жүктеу үшін бірлік тізбектің спектральды тығыздығы  АБГШ  секілді біртекті болуы тиіс. Мұндай тізбек 12, а-суретте көрсетілген сұлбалар көмегімен алынуы тиіс. Мұнда сандық тізбектің шуыл тәрізді құрылымы АБГШ  аналогты сигналын шектеу «таңдау -есте  сақтау» операцияларының  көмегімен қалыптасады. Таңдамалар (дискретизация)  жиілігі символдар тізбектелуінің жиілігіне тең; f=1/тс. Кездейсоқ тізбек сигналының автокорреляцияның функциясы 12, в-суретте көрсетілген.                                                                                                                                                                                           

τ=0 кезінде автокорреляция  функциясының  жалғыз тар ығысуының болуы маңызды қасиет  қабылдағыштың синхранизациясына көмектеседі. Егер ұзындығы  N таңбалы тізбек периодты  түрде қайталанса, онда псевдишуылдық немесе псевдокездейсоқ  тізбек алынады. Псевдокездейсоқ  тізбектер үшін автокорреляциялық  функция периодты сипатта болды  ( 12, г-сурет).

Пайдаланушылары көп  АКБКР  жүйесінде ПКТ  көмегімен шешілетін  екінші қиын мәселе бір тарату  жолағын қолданатын әртүрлі  пайдаланушылардың  сигналдары  бөлу болып табылады. ПКТ сигналы әрбір пайдаланушы үшін «кит» функциясын орындайды қабылдағышта оған арналған сигналды іріктеуге мүмкіндік береді. Сондықтан толық ПКТ  ансамблі немесе тізбектер жұбы арасындағы өзара коррелеция біршама аз болатындай таңдалуы  тиіс. Бұл көршілес арналар арасындағы бөгеуілдер  (FCI) деңгейін төмендетуге мүмкіндік береді. Теориялық жағынан өзара корреляцияның нөлдік мәні кең, спектрдің ортаганальды сигналдарының  ансамблінде кездеседі. Мысалы, Фурье қатарларымен Уолш функциясының базистік функциялары.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а - синхронды кездейсоқ тізбек генераторы, б - кездейсоқ тізбектің уақыттық диаграммасы,  в - авто коррелециялық функция, г - ұзындығы 7 таңбадан тұратын қысқа тізбектің автокорреляция функциясы, д - сәйкес келулер сәйкес келмеулер саны, е - есептелінген автокорреляция функция.

12 Сурет – Кездейсоқ тізбектің автокоррелециялық қасиеттері 

Алайда радиобайланыстың нақты жүйелерінде қабылдау тарату жақтарында  ПКТ  когеренті құрылуының қарапайымдылығы  қамтамасыз етілуі керек. Бір пайдаланушылығы бағытталған  спектрі кеңейтілген  жүйелер үшін олар тиімді әскери сипаттағы қосымшаларды кең қолданылды. Ұялы жеке байланыстың  АКБКР  жүйелерінің өзара корреляциялық қасиеттеріне  сәйкес Голд, қосымша Уоми тізбектері тиімді болып табылады. Кей жағдайларда олар J-тізбектерімен бірігеді. Осы атап өтілген тізбектер мен олардың негізгі қасиеттері төменде қарастырылады.  

2.3.2        m-тізбектер

 

 

 


Алдымен максимал ұзындықтағы сызықтық кодтарды немесе ығыстыру регистрі максималды ұзындықтағы сызықтық кодтарды  (J-тізбектер) қарастырамыз. Олар сандық жүйелерде, спектрі кеңейтілген жүйелерде, алысты өлшеу жүйелерінде маңызды рөл атқарады. 13-суретте J-тізбек генераторының [12] сәйкесті коррелятордың немесе қабылдағышта қолданылатын сәйкес келетін мәліметтер сүзгісінің  аппараттық сұлбасы көрсетілген. Генератор тізбектей қосылған Д-триггерлерден тұрады. Олардың Q шығыстары келесі триггердің Д кірістерімен қосылған (бірінші триггердің До кірісін есептемегенде).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13 Сурет ПКТ генераторының (а) сәйкес коррелетордың сәйкесті мәліметтер сүзгісінің (б) сұлбалары

 

Q триггерлердің кейбір шығыстары жұптың бит генераторымен жалғанбаған, бұл сұлбада пунктирмен көрсетілген. Триггерлердің жалпы саны n мен жұптың бит генераторымен қосылған триггерлер саны сәйкесінше қалыптасатын ПКТ ұзындығы  мен қасиеті анықталады. Жұптық бит  генераторының шығысында кірістерінде  қисынды  нөлдер саны жұп болғанда қисынды 0, ал кірістерінде қисынды 1 саны тақ болғанда қисынды 1 қалыптасады. Максимал ұзындықтағы сызықты кодтар үшін  келесі  периодтағы максималды  ұзындықтағы тізбек қалыптасатындай жұптың бит генераторына триггерлер  шығыстарын қосу ретін әрқашан табуға болады 

L = 2n – 1  таңба                                             (10)

          мұндағы n-триггерлер саны.  

6-кестеде триггер  шығыстарының жұптық бит генераторына 13, а-суреттегі сұлбада  n=3-15 мәндері  үшін қосу логикасы көрсетілген. Бұл кезде алынатын  m-тізбектердің ұзындығы 7 ден  32767 бит  болуы мүмкін.

 

6 К е с т е Максимал m ұзындықтағы ПКТ-ң ығысу регистрінің  берілген разрядтар (триггерлер) n санындағы ұзындығы L және S саны

Разрядтар (триггерлер) саны n

Тізбек ұзындығы,

L = 2n —1

m-тізбектер саны S

Сұлбада L = 2n 1 үшін D0

3

7

2

Q1 Å Q2

4

15

2

Q2 Å Q3

5

31

6

Q3 Å Q4

6

63

6

Q4 Å Q5

7

127

18

Q5 Å Q6

8

255

16

Q1 Å Q2 Å Q3 Å Q7

9

511

48

Q4 Å Q8

10

1023

60

Q6 Å Q9

11

2047

176

Q8 Å Q10

12

4095

144

Q1 Å Q9 Å Q10 Å Q11

13

8191

630

Q0 Å Q10 Å Q11 Å Q12

14

16383

756

Q1 Å Q11 Å Q12 Å Q13

15

32767

1800

Q13 Å Q14

 

Әртүрлі тізбектер  саны. 6-кестеде триггер шығыстарын жұптық бит генераторымен қосудың бір нұсқасы көрсетілген. Өзара корреляциясының денгейі аз өзге де әртүрлі  m-тізбектер құрудың өзге де нұсқалары бар. Әртүрлі  m-т санының жоғарғы шегі келесі өрнекпен анықталады

S £ (L – 1)/n.                                                               (11)

S мәні, 6-кестеде көрсетілген;

M – тізбектің бір периодында  2n -1 нөл және 2n-1  бірліктер болады;  

M – тізбек пен оның циклдік ығысуының   mod2 бойынша  қосындысы бастапқы тізбекте өзге циклдың ығысуы  түрінде болды.

Егер (0,1) таңбаларынан құралатын бастапқы  m-тізбегінде  0 таңбасы  +1-ге, ал 1-ді, -1-ге ауыстырсақ  (-1,+1)  таңбалар тізбегін аламыз. Бұл кезде периодты автокорреляциялық  функция төмендегі өрнекпен анықталады     


 

τ≠0 болғанда автокорреляция функциясының мәні минималды болатын  өзге қандай да бір екілік тізбек болмағанда бұл тізбек ең тиімді болды.  m-тізбектердің бұл қасиеті  оларды таңбалы  циклді синхронизацияда қолданған кезде өте маңызды.

m-тізбек  периодты тізбек болғандықтан, ол кездейсоқ деп есептеліне алмайды. Бірақ оған  нөлдер мен бірліктердің  сериялық қасиеттері  анықталады. Шынында  да, әрбір периодта  серияның жартысының  ұзындығы 1, серияның 1/4 бөлігі - 2, серияның 1/8 бөлігі - 3 ұзындықта  т.с.с. болады.

Есеп. Ұзындығы 23-16=7 таңбадан тұратын m-тізбектің  автокорреляциялық функциясын құру және таблица құру. Таңбалардың тізбектелу жиілігі  f таңб =10 Мтаңб/с, ал тіректік тізбектің құрылымы 1110010.

Есептің шешілуі. (сәйкес келу А мен келмеулерде Д) Тіректік  тізбектің  оның бір таңбалы циклдік жиілігімен есептеу  нәтижесінде  7- кестеде келтірілген мәліметтерді аламыз.

 

7 К е с т е Есепті есептеудің нәтижесі

Ығысу

нөмірі

Тізбек

Сәйкес келулер саны (А)

Сәйкес келмеулер саны (D)

A-D

0

1110010

7

0

7

1

0111001

3

4

-1

2

1011100

3

4

-1

3

0101110

3

4

-1

4

0010111

3

4

-1

5

1001011

3

4

-1

6

1100101

3

4

-1

 

m-тізбек сигналының нәтижесінде автокорреляциялық  функциясы 12,г-суретте  бейнеленген. Назар аударыңыз, 0,7,14 нөмірі ығысуларды  санамағанда барлық ығысулар  үшін автоккереляция функция мәндері  - 1-ге тең. Ығысулардың бұл нөмірлері  үшін автокорреляция функциясының шамасы максималды  және 7-ге тең.

Автокорреляциялық функцияның  максималды шамасы автоматтық функцияның  ығысуы деп аталады. Бұл ығысу кодтық және циклдік синхронизация  үшін  қолданылады. 0 мен +1 немесе -1 арасында жатқан уақыттық ығысудың  аралық мәндері  үшін автокорреляциялық функция сызықты кемиді. Сонда m-тізбектің  автокорреляциялық функциясы 12- суретте көрсетілгендей  үшбұрыш  түрінде болды.

Екі және одан да көп тәуелсіз сигналдар бір жолақты  бір уақытта жібере алады да, кейіннен, егер олардың циклдік тізбектері 1-ден аса таңбаға  ығысқан  m-тізбек түрінде болса, оңай бөлінеді. Алысты өлшеу  жүйелерінде  маркер ретінде автокорреляциялық функция максималды ығысуын пайдалансақ өлшеу дәлдігі  бір символ ұзақтығының шегінде жатуы мүмкін.

         

2.3.3        Голд тізбектері

 

Әдеттегі  m-тізбектерімен салыстырғанда  Голд тізбектері  көп пайдаланушылары  бар  АКБКР  жүйелері үшін тиімді. Бұл жүйелерге өзара коррекциялық  қасиеттері бір-бірімен жақын көп тізбектер саны қажет [13].

Бұл әдіс бір тактілік генератормен тактіленетін  2 әртүрлі  m-тізбекті  mod 2 бойынша қосудан тұрады (14-сурет). Коррелециялық қасиеті  “жақсы”  Голд тізбегін құру кезіндегі  маңызды мезет – арнайы деп саналатын                      m-тізбектің  ерекше жұптарының ғана қолданылуы.

Екі m-тізбектің ұзындығы бірдей  және L-ге тең болғандықтан  бір генератордан тактіленетіндіктен қалыптасатын Голд  тізбегінің ұзындығы L- болды, бірақ максимал ұзындықтағы тізбек болмаған n-m - тізбектер  генераторындағы ығысу регистрінің  разрядтар саны болса, онда Голд тізбегінің ұзындығы L=2n-1 болады.

Әртүрлі бастапқы жағдайларда 2 m-тізбектің  генераторларының көменгімен құрылатын  әртүрлі Голд тізбегінің санын есептейік. Еске салайық, m-тізбек генераторының шарттарын бастапқы  түрде жаңадан циклдік ығыстырсақ,  жаңа Голд тізбегі пайда болады.

Әрбір m-тізбектің  ұзындығы L болғандықтан, олардың арасындағы ығысулар саны L-ге тең болады. Сондықтан Голд тізбектің генераторы екі түрлі m-тізбегінің көмегімен L=2n-1 Голд тізбектерін  құра алады. Сәйкесті              m-тізбектер жұбын таңдау кезінде корреляциялық қасиеті «жақсы» Голд тізбегінің ансамблін алуға болады.

 

2.4   Спектрі тікелей кеңейтілген жүйелердің сипаттамалары

 

Спектрі кеңейтілген жүйелердің артықшылықтарының бірі өзге жүйелерде байланыс толық жоюы мүмкін бөгеуілдер әскеріне қарсы тұру мүмкіндігі. Бұл бөлімде  тар жолақты бөгеуіл мен жылулық  бөгеуіл, яғни АБГШ әскері кезінде спектрі тікелей кеңейген жүйелердің сипаттамалары қарастырылады.

           2.4.1  Жылулық шуылға қатысты спектрдің кеңею қасиеті

 8, 9 - суреттердегі сұлбаларды қарастырайық. Сигнал спектрінің кеңеюі екінші модуляторда таңбалар  жиілігі Rt=f0=1/Тс  ПКТ түріндегі g(t) спектрді кеңейту сигналының көмегімен орындалады. Спектрді кеңейту сигналы ақпаратының таңбаларының  жиілігі fв=1/Тв  болатын хабар сигналына тәуелді емес.

BPSK фильтрациясының  ең қарапайым  жағдайын  қарастырайық. Мұнда +1 және -1 сигнал күйлерінің ауысуы fв=1/Тв  жылдамдықпен жүреді  (9-сурет). Спектрі кеңейтілген жүйені жалпы қарасаң, таралатын хабар сигналы d(t) ПКТ түріндегі спектрі кеңейту/сығу  сигналында  g(t) екі рет көбейтіледі. g2(t)=1, 12=1 (-1)2=1 болғандықтан, d(t) сигналының қабылдағыш шығысындағы спектрі бойынша сығылған сигналға әсері болмайды. Жылулық шуыл немесе АБГШ байланыс  арнасының қабылдауы бөлігінде аз шулайтын күшейткіштер  АШК мен жиілікті  төмен түрлендіргіштің шуылдық жолағы, әдетте, спектрі кеңейтілген  сигналдың жиілік жолағынан артық болады.

Спектрді сығу процесінде шуылды псевдокездейсоқ  сигналға көбейту орындалады. Осының нәтижесінде  ПКТ символының   Тс=1/f0 ұзақтығына еселі наминалды кездейсоқ уақыт мезеттерінде шуылдың полярлығы өзгереді. Полярлықтың  өзгеру спектральды тығыздыққа  АБГШ ықтималдығының таралу тығыздығының  функциясына әсер етпейді. АБГШ әсер ету  кезінде спектрі кеңейтілген жүйе үшін Pe=f(Eb/Wo). Мысалы, Pe=f(Eb/No) спектрі  кеңейтілген BPSK  сигналдарының демодуляциясы когерентті жүйелер үшін  келесі өрнектен анықталады [14]

                                                (12)

мұндағы  Eb = СТb - энергетикалық шығындар, яғни 1 бит хабарға кететін  қабылданатын сигналдың орташа энергиясы;

С қабылданатын тасушының орташа қуаты;

No шуылдың спектралды тығыздығы, яғни 1 Гц жолаққа шуылдың қуаты;

Тb = 1/fb - бір бит хабардың ұзақтығы;

fb тарату жылдамдығы, бит/с.

Өзге модуляция түрлері үшін қателер ықтималдығының эквивалентті сипаттамаларына қатысты ұқсас қорытындылар жасауға болады.

 2.4.2        Таржолақты бөгеуілдің әсерін төмендету

 Өткізу жолағындағы АБГШ қуаты таржолақты бөгеуілдің  қуатынан төмен болды деп есептейік. Гармоникалық бөгеуіл таржолақты  бөгеуілдер ішінде ең “нашар” екені белгілі қабылданған анализ әдістеріне белгіленуге сүйенеміз. Қабылданғыштың кіріс сигналы келесі өрнектен алынады.

                          (13)

мұндағы d(t) - таратқыш кірісіндегі қабылдағыш шығысындағы таралатын хабар сигналы;

g(t) таңбаларының тізбектелу жиілігі fo=1/Тс болатын ПКТ сигналы;

ω0 тасушы жиілігі немесе жиілікті төмен  түрлендіргеннен кейінгі аралық жиілік;

PJ қабылдағыш кірісіндегі бөгеуіл қуаты;

Рs қабылдағыштың кірісіндегі пайдалы сигналдың қуаты;

θ [0, π] аралығындаында біртекті қалыптасқан кездейсоқ фаза.

Спектрдің сығылу кезінде кіріс сигналы ПКТ g(t) синхронды сигналына көбейтіледі. g2(t)=1болжамы болғандықтан интегратордың кіріс сигналы 

.                                            (14)

Tb биттің ұзақтығы тасушы жиіліктің To=1/fo=2π/ωo   периодынан біршама үлкен және/немесе ол тасушының жартылай периодына еселі болса, онда интегратор кіріседі GJ(f) демодуляцияланған бөгеуілдің спектралды тығыздығы келесі өрнекпен анықталады

.                                        (15)

Демодуляцияланған бөгеуіл кең жолақты болады, бұл кезде спектральды тығыздықтың алғашқы нөлдері f=fо болғанда байқалады. 9-суретте fрж жиілігінің аумағында орналасқан бөгеуілдің эквивалентті спектралды тығыздығы бейнеленген, оның алғашқы нөлдері fрж ≠ f0 жүйеліктерінде орындалады. Эквивалентті өткізу жолағы fв ═ 1/Тв  болатын интеграциялаушы сүзгіден кейін

 

(16)

 

Таржолақты бөгеуілге қатысты θ фазасы бірқалыпты жайылған және пайдалы сигналдың тасушы фазасына тәуелсіз кездейсоқ шама болғандықтан, = ½ және демодулятор шығысындағы таржолақты бөгеуілдің спектральды тығыздығы келесі өрнектен анықталады

                                         (17)

(15) және (17) өрнектер бойынша ω0 = 2πfo = 2πfрж жиілігіндегі қуаты PJ болатын гармоникалық таржолақты бөгеуіл спектралды тығыздығы             GJ(f) = PJ/4fo  бірқалыпты кең жолақты сигналға түрленеді. Осылайша, демодулятор шығысындағы бөгеуілдің спектральды тығыздығы ПКТ таңбаларының f0 жиілігіне кері пропорционалды болады. GJ(f) бөгеуілдің спектральды тығыздығы оң және теріс -fb £ f £ fb жиіліктері үшін анықталған. Оң жиіліктер ғана тәжірибеде пайдаланылады, сондықтан тек қана оң 0 £ f £ fb жиіліктері үшін спектральды тығыздықты анықтаймыз

.                                                     (18)

Қате ықтималдығы үшін (12) өрнегін таржолақты бөгеуілдер кезінде де қолдануға болады. Бірақ бұл кезде шешуші құрылғы кірісіндегі модуляциялаушы жиіліктер жолағында демодуляцияланған бөгеуіл І АБГШ қасиеттеріне ие болды деп есептеу керек. PSK сигналдарының когерентті демодуляциясы жағдайында

,             (19)

                                                          (20)

шамасын бөгеуілдің тиімді қуаты ретінде қарастыруға болады. Содықтан Рs сигнал қуатының тиімді қуатқа қатынасы спектрі кеңейтілген жүйеде қателер ықтималдығын анықтайды.

(19) өрнек бойынша таңбалар жиілігінің тарату жылдамдығына қатынасы (f0/fb) таржолақты бөгеуілдің әлсіреу деңгейін анықтайды. Сондықтан өңдеу кезіндегі ұтыс келесідей анықталады

                                                               (21)

2.2 – бөлімде (4) және (5) өрнектерге сәйкес өңдеу кезіндегі ұтыс формальды түрде анықталған:

.                                                 (22)

Мұндағы (S/I)шығ демодулятор шығысындағы сигнал/бөгеуіл қатынасын , ал (S/I)кір – қабылдағыш кірісіндегі сигнал/бөгеуіл, қатынасын білдіртпей, яғни N шамасы (шуыл қуаты). Тар жолақты бөгеуіл әсері кезіндегі жағдайды сипаттайтын І (бөгеуіл қуаты) шамасына ауыстырылған.

 2.4.3  Таржолақты бөгеуілді сөндіру деңгейін тәжірибелік жолмен тексеру

 Спектрі кеңейтілген жүйеде таржолақты бөгеуілдерді сөндіру мүмкіндіктерін растау үшін 8-суретке сәйкес құрылымдық сұлба шығарылды. Тәжірбиелік қондырғыда келесі шамалар орнатылды: аралық жиілік                 fаж = 70 МГц, хабарды тарату жылдамдығы fв = 10 кбит/с, ПКТ таңбаларының жиілігі fт = 2 Мтаңб/с. Тарату жылдамдығының таңбалар жиілігіне қатынасы шамамен Qualcomm фирмасы ұсынған спектрі тікелей кеңейтілген жүйеге тең. BPSK сигналдары қалыптасу кезінде қандай да бір фильтрация болмады, яғни BPSK сигналдары шексіз жолақпен таралды. Демодуляторда қарапайым селективті сүзгі пайдаланылды. Ол модуляциялаушы сигналды ерекшелеуге, және екінші және одан да жоғары ретті тасушы құраушыларын сөндіруге мүмкіндік берді. Тәжірбиелер кезінде мұндай сүзгінің рөлін өткізу жолағы     30 кГц болатын төртінші ретті Баттерворт төменгі жиілікті сүзгісі орындайды. 10 кбит/с тарату жылдамдығы кезіндегі Найквист бойынша минималды жолақ 5 кГц құрайды. 

 2.4.4  Кең жолақты бөгеуілді сөндіру

 2.4.2 пунктте сипатталған таржолақты бөгеуілді сөндірудің қағидалы механизмі кеңжолақты бөгеуілдер үшін де орындалады. Кеңжолақты кедергі сигналдарының қосынды қуаты спектрді сығу операциясын орындау нәтижесінде азаяды. Мұндай сигналдарға әртүрлі псевдокездейсоқ тізбектері (функцияның спектрін кеңейтетін) g1(t), g2(t),…, gN(t) бар спектрі тікелей кеңейтілген жүйелерде  құрылатын жүйе ішіндегі бөгеуілдер жатады. Кеңжолақты бөгеуіл қуаты алдыңғы бөлімдерде қарастырылған тар жолақты бөгеуілдердің қуаты қанша есе азаюына байланысты соншаға кемиді.

Кең жолақты бөгеуілдің физикалық сөну механизмі көбіне тар жолақты бөгеуілдердің сөну механизміне ұқсас. Спектрді сығу операциясын орындау нәтижесінде пайдалы сиганл энергиясы модуляциялаушы жиіліктер жолағында шоғырланады.

Спектрдің сығылуы тек пайдалы сигнал үшін орындалады, себебі таралатын ПКТ gk(t)  көбейту кезінде қабылдағышта қалыптасатын gL(t) тізбегімен корреляцияланады. Кең жолақты бөгеуіл корреляцияланбаған тіректін gl(t) сигналымен көбейтіледі. Сондықтан олардың көбейтіндісінің спектрі кең болады. Тар жолақты сүзгімен фильтрация кезінде қатынасқа пропорционалды кең жолақты бөгеуіл энергиясының бөлігі ғана дьемодулятор шығысына өтеді.

 3       Арналары кодпен бөліну негізіндегі көп станциялық рұқсат (АКБКР): спектрі тікелей кеңейтілген және жұмыс жиілігі тікелей ауысатын жүйелер 

3.1      АКБКР: қызмет ету қағидалары 

Арналары кодпен бөліну негізіндегі көпстанциялық рұқсат жүйелері псевдокездейсоқ тізбектер көмегімен спектрі кеңейтілген жүйелердің және жұмыс жиілігін өзгерту жолымен спектрі кеңейтілген жүйелердің одан әрі дамуы болып табылады. АКБКР жүйесінде әрбір пайдаланушыға барлық ПКТ-дан өзгеше жеке ПКТ бөлінген. Егер бұл ПКТ өзара корреляцияланбаған болса, онда К тәуелсіз абоненттер бір ұяшығының шеңберінде бір уақытта радиожүйелер жолағында хабарлар тарата алады. Қабылдағыштарда сигналдардың  корреляциялық өңделуі орындалады (спектрдің сығылуы), осының нәтижесінде таратылған хабарлар di(t) = 1,…k қалпына келеді. 14-суретте АКБКР жүйесінде спектрді k=10 жедел таратқыштар бір уақытта таратуды орындайды деп есептесек, онда базалық станцияның қабылдағышының кірісінде уақыт бойынша және жиілік бойынша беттесетін 10 сигнал болды.

Жеделдік станцияның қабылдағышында да осы процестер орындалады. Егер барлық қабылданылатын сигналдардың қуатын  Рs  тең деп  және тек қана бір пайдалы сигнал қуаттары бірдей қалған тоғыз АКБКР сигналдарымен интерференцияланады деп есептесек, қабылдағыш кірісінің РЖ сигнал/бөгеуіл (С/І) қатынасы 1/9 тең немесе (C/JT) = -9,54 дБ. болады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14 Сурет АКБКР жүйесінде спектрді бірге пайдалану

 

Сигнал/бөгеуіл қатынасының  мұндай теріс мәні жүйе ішіндегі бөгеуілдермен түсіндірілді. Бұл бөгеуілдер пайдалы сигнал тасушысы орналасқан жиіліктер жолағында орналасатын спектрі тікелей кеңейтілген өзге тоғыз тасушылардың әсерінен пайда болады. Корреляциялық өңдеу (спектрді сығу) нәтижесінде радиожиіліктердің кең жолағындағы тасушы/бөгеуіл қатынасының  (С/І) кері мәні модуляциялаушы жиіліктердің тар жолағында сигнал/бөгеуіл (С/І) қатынасының оң шамасына түрленеді. Модуляциялаушы жиіліктер жолағында сигнал/бөгеуіл қатынасы біршама жоғары болуы керек. Бұл Ре мәнін төмендетуге мүмкіндік береді. Модуляциялаушы жиіліктер жолағында сигнал/бөгеуіл (S/I) қатынасының мәні сигнал/шуыл (S/N) қатынасына қарағанда бірнеше децибелге көп етіп алынады.

Модуляциялаушы жиіліктер жолағында АКБКР жүйесінің өзге тасушылары құраған жүйе ішіндегі бөгеуілдер қуатын есептеу кезінде және сәйкес Ре анықтау кезінде жылулық шуыл әсерін ескермейміз және барлық ПКТ коррекцияланбаған деп есептейміз.

Бір уақыттық аралық кезінде К пайдаланушы спектрі тікелей кеңейтілген сигналдар жібереді. Олар бір  радиожиілікте орналасады және орталық жиілігі fo болады. Бұл сигналдардың өзге пайдаланушылардың фазасына тәуелсіз кездейсоқ φi фазалары болады. Әрбір жедел таратқыштың спектрді кеңейтетін ерекше ПКТ gi(t) болады. Идеалды адаптивті қуатты реттеу кезінде базалық станцияның кірісінде қуаттары Ps бірдей К радиосигнал болады.

Әрбір пайдаланушы шамамен бірдей жылдамдықта fв хабар таратады, ПКТ символдарының жиіліктері шамамен бірқалыпты ұсталады. Базалық станция қабылдағышының кірісінде қосынды РЖ сигнал болады, ол келесі өрнекпен анықталады

                                          (23)

Базалық станцияның қабылдағышында сигнал спектрін сығуды орындау және спектрі тікелей кеңейтілген К тәуелсіз сигналды демодуляциялау керек. Бұл үшін 15-суретте көрсетілгендей К коррелятор қолданылады. Корреляторлар жиындарынан құралған және 15, а-суретте көрсетілгендей АКБКР қабылдағышы 8-суретте көрсетілген қабылдағыштың күрделі түрі. Бұл нұсқада спектрдің сығылуы аралық жиілікте (АЖ) орындалады. Қабылдағыштың өзге нұсқасы 15, а- суретте көрсетілген. Қосынды РЖ сигнал шамамен 70 МГц тең ыңғайлы аралық жиілікте түрленеді және бір ортақ когерентті кеңжолақты демодулятормен демодуляцияланады. Бұл демодуляцияның төменгі жиілікті сүзгісінің өткізу жолағы айтарлықтай кең және таңбаларының жиілігі fo болады.

Төмендегі теңдеулер 15-суретте көрсетілген қабылдағышты құрудың екі түрінде де орындалады. 15, а-суретте көрсетілген демодуляциялар қабылдағышының шығысындағы сигнал PSK демодуляторға орнатылған интегратордың төменгі жиілікті фильтрация әсерінен келесі өрнекпен анықталады

,                                               (24)

.                                       (25)

Бөгеуілдің қосымша (к-1) құраушыларын ескермегенде модуляциялаушы жиіліктер жолағында спектрі тікелей кеңейтілген шығыстағы сигналды анықтайтын (14) өрнекке ұқсас.

а - алдымен коррекциялық өңдеу, кейін таржолақты демодуляция орындалады;

б-алдымен кеңжолақты демодуляция, кейін сигнал спектрінің сығылуы орындалады.

15 Сурет АКБКР қабылдағыштарын құру

 

2.4 бөлімде падаланылған әдіске сәйкес бөгеуілдің (к-1) құраушыларының қосынды спектралды тоғыздығы келесі өрнекпен анықталады

.                                             (26)

  Егер бөгеуілдің қосынды қуаты

                                                                (27)

тең болса, қуаты өзара тең к-1 бір уақытта қабылданатын сигналдар құратын “жүйе ішіндегі бөгеуілдер” кезіндегі Ре қателер ықтималдығы келесі өрнекпен анықталады

                                                      (28)

  мұндағы fв - тарату жылдамдығы;

          fo -  таңбалардың жиіліктері.

Пайдаланушылар саны К болса да берілген Ре мәнін қамтамасыз ету үшін тарату жылдамдығының fв шамасын ПКТ таңбаларының fo жиілігін мұқият сәйкестендіру керек.

(28) өрнекті қарастыратын болсақ, оны  қорытындылау кезінде келесі шарттар орындалады:

а) спектрлері тікелей кеңейтілген қабылданатын сигналдардың қуаттары бірдей және коррекцияланбаған ПКТ көмегімен қалыптасады. Тең қуаттар идеалды адаптивті реттеуді қамтамасыз етеді;

б) жүйе ішіндегі бөгеуілдің ғана әсері ескерілді және жылулық шуылы ескерілмеді.

 

3.2 Спектрі тікелей кеңейтілген жүйелерде жақын және алыс орналасқан пайдаланушылар құратын бөгеуілдер мәселелері

 

Спектрі тікелей кеңейтілген жүйелерде бір ұяшықтағы барлық хабарларды тарату арналары (трафик арналары) бір уақытта бір радиожиілік жолағын, не көршілес жиіліктік арналарды қолдана алады. Жылжымалы объекттердің біреулері базалық станцияға жақын, екіншілері алыс орналасуы мүмкін. Жақын орналасқан объекттен базалық станцияға келіп түскен күшті сигнал алыстағы жылжымалы объекттен түскен әлсіз сигналдан басым болады. Мысалы, 14, а-суретте көрсетілген 10 жылжымалы объекттердің барлығы бір РЖ–те және Ps = +30 дБмВт  болғанда, №10 алыста орналасқан объекттерден радиотолқынның  таралуы кезіндегі шығындар 95 дБ, ал жақын орналасқан №4 жылжымалы объект үшін 35 дБ ғана болады. Бұл жағдайда бөгеуіл сигналда қабылданатын №4 жылжымалы объект сигналының қуаты Рқаб4 = +30 дБмВт — 30 дБ = -5 дБмВт, ал № 10 алыс жылжымалы абоненттер сигналының қуаты   Рпр10 = 30 дБмВт — 95 дБ = -65 дБмВт. Осылайша, жақын орналасқан объекттен болатын жолақ ішіндегі бөгеуілдің қуаты алыстағы жылжымалы объект сигналының қуатын 60 дБ артық болады. Бұл түрдегі бөгеуіл АКБКР жүйелерін жобалау және пайдалану кезінде кедергі жасайды.

(26) өрнек таңбалар fo жиілігі, тарату жылдамдығы fв және бір уақытта жұмыс істейтін К пайдаланушылар үшін берілген Ре  шамасының арасында математикалық тәуелділікті орнатады. Бұл өрнекті қорытындылау кезінде база қабылдаған сигналдардың қуаты бірдей болады деп ескерілді. Қуаттардың теңдігін талап ету АКБКР жүйесінің сыйымдылығын арттырады. Жақын және алыс орналасқан пайдаланушылар мәселелерін шешу үшін нақты ұялы жылжымалы жүйелерде қуатты адаптивті басқаруды қолданады.

 

3.3 Спектрі кеңейтілген АКБКР жүйелерінде қуатты адаптивті басқару

 

Қуатты басқару “жақын-алыс” бөгеуіл деңгейін төмендетуге мүмкіндік береді. Қуатты басқару сұлбасы жылжымалы объекттерден базалық станция қабылдайтын барлық сигналдардың қуаттарын тең ұстайды. Бұл сигналдар бір сота ішінде орналасады.

АКБКР жүйесіндегі тік линия – базалық станция мен жылжымалы объект қабылдағышы арасындағы линия. Таралатын сигналды басқару (ТхРС) үзілгенде тік линия бойымен аналогты және сандық пилот-сигналдар таралады. Жылжымалы объекттегі қабылданған пилот-сигналдың өлшенген деңгейі базалық станция таратқышынан жылжымалы объект қабылдағышына дейінгі шығындарды бағалауға мүмкіндік береді.

Жылжымалы объекттердегі шығындарды бағалау нәтижесінде таралатын қуатты басқару сигналы қалыптасады және таратқыштың қажетті қуаты орнатылады. Бұл процесс қажеттілігіне байланысты қайталанады. Тікелей және кері радиолинияларда шығындар бірдей деп есептелінеді. Алайда осылай реттеу қажетті дәлдік пен сапаны қамтамасыз ете алмайды.     

Басқару сұлбасы тұйық Т х РС (16,17, б-сурет) сұлбаның сипаттамалары жақсы болды. Мұнда қуаты адаптивті басқару келесі ретте орындалады:

а) базалық станцияның қабылдағышында жылжымалы объекттен қабылданатын РЖ қуаты бағаланады (1 кері радиолиния көмегімен) (17-сурет);

б) базалық станция жағынан тік линиямен 2 жылжымалы объектке командасы жіберіледі, ол жылжымалы объект қуатының қажетті деңгейін орнатуды қамтамасыз етеді (17-сурет).

Тұйық Т х РС сұлбасының көмегімен қуатты басқару дәлдігі 1,5 дБ-ге тең. Идеалды жағдайда ол 0 дБ тең болуы тиіс. Әртүрлі жылжымалы объекттерде келетін сигнал бірдей қуатпен қабылдануы тиіс, яғни олардың деңгейлерінің айырмашылығы 0 дБ болды. Бұл алыс және жақын орналасқан пайдаланушылардың мәселесін шешуге және ұялы АКБКР жүйелерін сыйымдылығын арттыруға мүмкіндік береді.

 

 

 

16 Сурет IS-95 ұялы байланыс стандарты бойынша АКБКР жүйесінің құрылымдық сұлбасы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17 Сурет Ашық (а) және тұйық (б) сұлбаның көмегімен таралатын қуатты басқару

        

4                  Жұмыс жиілігін ауыстыру жолымен спектрі кеңейген жүйелер

 

4.1     Жұмыс жиілігі ақырын өзгеретін жүйелер

 

Жұмыс жиілігін ауыстыру жолымен спектрі кеңейген жүйелерде жұмыс жиілігі әрбір ауысу аралығында тұрақты болып сақталады, бірақ аралықтан аралыққа өзгереді (11-сурет). Тарату жылдамдықтары жиіліктердің сандық синтезаторымен қалыптасады. Ол тізбектей және параллель түрде келіп түсетін кодпен басқарылады және m екілік таңбалардан (биттерден) тұрады. Әрбір m-битті сөзге және оның бөлігіне M=2m (m=2,3,…) жиілік болғанымен олардың барлығы міндетті түрде қолданылуы тиіс емес. Жиілікті ауыстыру жылдамдығы fh бір уақыт бірлігінде жиіліктің ауысу сонымен анықталады. Жұмыс жиілігін бағдарламалық ауыстыру жолымен спектрі кеңейтілген жүйелер келесі категорияларға бөлінеді:

а) ақырын ауысатын жүйелер;

б) тез ауысатын жүйелер;

в) орташа жылдамдықта ауысатын жүйелер.

Ақырын ауысатын жүйелерде ауысу жылдамдығы fh хабарда тарату жылдамдығынан fв аз. Осылайша, ауыстыру аралығында басқа жиілікке өтуден бұрын 2 бит хабар немесе одан да көп таралуы мүмкін (кейбір жүйелерде 1000 артық) . Ауысу аралығының ұзақтығы Th бит ұзақтығымен Tв келесі қатынаспен байланысты

 .                                         (29)

Жұмыс жиілігі тез ауысатын жүйеде fh хабарды тарату жылдамдығынан fв үлкен болды. Бұл жағдайда бір битті тарату уақытында жиілік алдымен екі және одан да көп есе өзгереді. Мұнда ауысу аралығының ұзақтығы бит ұзақтығымен Tв байланысты

.                         (30)

Ауысу жылдамдығы  орташа жүйелерде ауысу жылдамдығы тарату жылдамдығына тең. Жұмыс жиілігі ақырын және тез ауысатын жүйелер кең қолданылады. 

18-суретте жиілікті ауыстыру жүйелерінің тарату және қабылдау бөліктерінің құрылымдық сұлбасы бейнеленген. Мұнда 11-суретте көрсетілген негізгі блоктардан басқа қателерді жөндейтін және уақыттық синхрондайтын кодтау, декодтау блоктары болды. Қателерді жөндейтін кодтау декодтау енгізу қажеттілігі келесі себептермен түсіндіріледі. Егер бір жұмыс жиілігі және одан да көп үлкен қуатты бөгеуілдер әсеріне ұшыраса, бұл жиіліктерде таралатын бір немесе бірнеше бит хабарлардың қате қабылдану ықтималдығы үлкен болды. Келесі тарауда қарастырылатын қателерді жою арқылы кодтау қателермен тиімді күресуге мүмкіндік береді.

Жиіліктің сандық синтезаторының басқару сөзі m биттен құралады, олардың бірі ақпараттық, ал қалған (m-1) бит ПКТ генераторымен қалыптасады. Сандық  синтезаторлар АЖ диапазонында жиіліктер торын өте жиі қалыптастырады және сондықтан ауыстыру шектері шектеулі болды. АЖ синтезаторынан кейін жиілікті көбейткішті қосу әрбір дискретті жиілікті бірнеше есе арттыруға мүмкіндік береді және РЖ диапазонына өтеді. Бұл кезде сигналды өңдеу кезіндегі ұтыс артады.

Жиіліктің сандық синтезеторының көршілес дискретті жиіліктерінің арасындағы жиіліктік  айырмашылығы Δf болсын делік. Жиіліктік ауытқудың минималды мәні РЖ тасушысының жиілік жолағынан артық болуы мүмкін. Тасушы fв жылдамдығымен таралатын хабар сигналымен модуляцияланады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18 Сурет Жиілігі бағдарламалық ауысатын жүйенің таратқыш және қабылдағышының құрылымдық сұлбасы

 

Мысалы, тарату жылдамдығы fв = 300кбит/с болғанда жолақты шектеу және сызықтық күшейту кезіндегі QPSK сигналдар жолағының минималды мәні Δfmin = fв/2 = 150 кГц (QPSK сигнал моделінің құрылу үлгісі 4-тарауда көрсетілген). Бұл 2бит/(с*Гц) шамасына тең спектральды тиімділік көрсеткішінің теориялық мәніне сәйке. FSK сигналдарының кейбір қарапайым түрлері үшін спектральды тиімділік көрсеткішінің мәні 0,25 – 0,5 бит/(с*Гц) шегінде болды. Бұл жағдайда      Δfmin = fв/(0,24...0,5) = (2...4)fв. Сондықтан FSK сигналдар үшін минималды жиіліктік ығысу 600...1000 кГц-ке дейін өседі.

РЖ сигнал жолағының ені жиілікті көбейту нәтижесінде К есе артады (жиілікті көбейткенде жиіліктік ығысу да артады) және төмендегі шамаға тең

,                                                              (31)

          мұндағы  l – жиілікті көбейту коэффициенті;

М=2m – синтезатор қалыптастыратын жиіліктер саны.

Өңдеу кезіндегі (Gp) (жұмыс жиілігі бағдарламалық ауысатын жүйелер үшін) ұтыс келесі өрнектен анықталады

                                                          (32)

          мұндағы BWмод – спектрді кеңейту мақсатында таралатын сигналмен модуляцияланатын РЖ жолағының ені.

Атап өтетін жай, (32) және (5) өрнектері сәйкес. Мұның мәні, спектрі тікелей кеңейтілген және жиілікті ауыстыру жолымен спектрі кеңейтілген жүйелерді өңдеу кезіндегі ұтыс бірдей болады.

 

4.2     Жиілігі тең ауысатын жүйелер

 

Жиілігі тең ауысатын жүйелерде бір бит ұзақтықта жиіліктін К рет секіруі болды, себебі Тв = kTh немесе fв = k/fh. Осыған байланысты (31) сәйкес РЖ жолағының ені

 .                                                              (33)

Егер жүйенің тиімділік көрсеткіші (жиілікті ауыстырусыз) 1 бит/(с*Гц) болса, онда

.                                                           (34)

Бұл жағдайда өңдеу кезіндегі ұтыс

.                                                        (35)

Осылайша, жиілігі тез ауысатын жүйеде өңдеу кезіндегі ұтыс пайдаланылатын әртүрлі жиіліктер санынан (М), 1 бит ішіндегі жиіліктің секіру санына (К) және жиілікті көбейту коэффициентіне (l) тәуелді.

18, б-суретте көрсетілген жұмыс жиіліктері ауысатын сигналды қабылдағышта қабылданатын сигнал тізбектей қосылған. ПКТ генераторының, жиіліктің сандық синтезаторына және жиілікті көбейткішпен қалыптасқан тіректік сигналмен көбейтіледі. Мұнда жиілікті ауыстыру бағдарламасы сәйкесті таратқыштың ПКТ ұқсас ПКТ генераторымен анықталады. Егер қабылданатын және тіректік ПКТ уақыттық параметрлері келісілген болса, яғни уақыттық синхронизация дәл орындалса, онда көбейткіште қабылданатын РЖ сигналдың спектрі сығылады. Сығылу спектрі тікелей кеңейтілген сигналдар секілді, тек қана таралатын хабармен модуляцияланған сигнал енімен анықталады. Демодулятор қарапайым әдіспен орындалатын FSK ең жиі қолданылады. Өзге де модуляция/демодуляция әдістерін қолдануға болады, мысалы PSK.

Мәліметтерді демодуляциялау сигналы қателерді өңдеу функциясы бар декодердің кірісіне түседі. Декодердің шығысындағы байланыс арнасы таралған хабар көзінің сигналы d*(t) бағаланады. Кідірісті іздеу сұлбасының (КІС) дискриминаторы екі кілттен тұрады. КіІС және КІС тегістеу сүзгісі, тактілік импульстер генераторы синхронизация жүйесіне кіреді. Синхронизация орнатылмаған кезде, яғни таралатын пакеттің басталуы анықталмаған кезде (егер АКБКР тарату қабылдағышы пакеттік режимде жұмыс істесе) кіріс сигналының спектрі сығылмайды және FSK сигнал демодуляторының өткізу жолағының трансформациясы орындалмайды. Синхронизация процедурасы кезінде демодулятор кірісіне кең жолақты шуыл тәрізді сигнал келіп түседі. Бұл сигналдан таралатын хабардың  d(t) пайдалы сигналын бөліп алу мүмкін емес.

 

4.3 Жұмыс жиілігі ауысатын жүйелердің бөгеуілдер әсері кезіндегі сипаттамалары

 

Бөгеуілдердің сөну мүмкіндігі мен қағидасынан шығатын қате ықтималдығы Ре өрнегін осы жүйелерге арнап қорытылды. Бөгеуіл деңгейі жылуы шуыл деңгейінен үлкен, сондықтан қателердің пайда болуы “күшті” бөгеуілдер әсерімен түсіндіріледі. Мұндай модельде жүйеге бөгеуілдің әсері кезінде қандай да бір жиіліктік арнаның жолағының бөгеуіл қуаты тасушы қуатынан асқан кезде 0,5 ықтималдықпен пайда болады (қабылдағыш демодуляторының жолағының ені көршілес жиіліктердің минималды ығысуы шамамен тең болады).

Жұмыс жиілігі ауысатын және ешқандай артықшылығы жоқ жүйе үшін, мысалы қателерді түзейтін кодтау, декодтау есебінен, қателер ықтималдығының орташа мәні

                                                           (36)

          мұндағы  J –  қуаты пайдалы сигнал тасушысының қуатынан аз бөгеуілдер көзінің саны;

М – жүйедегі жиіліктердің жалпы саны немесе әртүрлі жиіліктерде бір битті қайталап жіберу.

Қателерді түзеп, кодтау әсерінен артықшылығы бар болғанда қателер ықтималдығының орташа мәні Ре келтірілген өрнек көмегімен анықталуы мүмкін

                                                                    (37)

          мұндағы  p = J/M  - бір сигналды демодуляциялау кезіндегі қате ықтималдығы;

J – қуаты пайдалы сигнал тасушысының қуатынан кем емес бөгеуілдер көздерінің саны;

М –жүйеде пайдалынатын жиіліктер саны;

q = 1-р —бір таңбаны дұрыс демодуляциялау ықтималдығы;

с –әрбір бит хабарды тарату кезінде қолданатын әртүрлі жиіліктер саны;

r – декодтау кезінде биттегі қате пайда болу үшін қажетті қателік шешімдердің саны;

  биномиальды коэффициенттер.

Егер үш және одан да көп жиілік әрбір бит хабарды тарату кезінде қолданылса, ал декодтау кезінде қабылдағышта мажоритарлы ереже (көбі бойынша дауыс беру) пайдаланылса, онда қате ықтималдығының сипаттамасы біршама жақсаруы мүмкін.

Есеп. Жұмыс жиілігін ауыстыру жолымен спектрі кеңейтілген жүйеде қате ықтималдығының Ре орташа шамасын анықтаныз. Жүйеде мың жүйе болады, ал қабылдағышта өлшенген гармоникалық бөгеуілдердің қуаты пайдалы сигнал тасушысының қуатынан 4 дБ артық болады. 

Келесі жайларды ескереміз:

а) бір бит хабар әрбір жиілікте таралады;

б) бір бит хабар үш түрлі жиіліктерде таралады.

Қабылдағышта б нұсқасында декодтаудың мажоритарлы алгоритмі қолданылады. Оған сәйкес алдыңғы шешімнің екеуі дұрыс болса дұрыс қорытынды шешім қабылданады.

Есептің шешілуі:

а) бір битті әр жиілікте тарату кезінде (36) өрнектің негізінде

Ре = J/M = 1/1000 = 10-3. Көп жағдайларда бұл шама тым жоғары;

б) үш түрлі жиілікте бір битті тарату жағдайында қате ықтималдығының орташа мәні (37) өрнекпен анықталады. Бұл өрнек бойынша с = 3 (бір битті тарату үшін пайдаланатын жиіліктер саны), r = 2 (үш түрлі жиіліктерде таралатын екілік таңба мәніне қатысты қате шешімдер саны), p = 10-3 (а нұсқада анықталған үш түрлі жиіліктердің бірінде таралған хабар таңбасын демодуляциялау кезіндегі қате ықтималдығы) q = 1 - р = 1 - 10-3 = 0,999қателер болмауының ықтималдығы.

Нәтижесінде

.

Келтірілген есепке сәйкес, қате ықтималдығының орташа мәні үш есе артықшылықты енгізудің көмегімен 333 рет төмендейді. Алайда жұмыс жиілігінің саны және олардың ауысу жылдамдығы бұл кезде үш есе ұлғаяды. Егер жиіліктің минималды ығысуының және плюс фиксирленген деп есептесек (ол спектр кеңейтілгенге дейінгі модуляцияланған сигналдың жиіліктер жолағының енімен анықталады), онда қажетті РЖ жолақ жиілікті ауыстыру жылдамдығынан пропорционалды өседі.

 

4.4     Уақыттық ыдырау: жұмыс жиілігі ауысқан жүйенің көп сәулелік әсерінен туындайтын бөгеуілдер әсеріне тұрақтылығы

 

Жылжымалы радиобайланыс арасындағы көп сәулелік әсерінен сигналдардың уақыттық ыдырауы 19-суретте көрсетілген. Мұнда базалық станциядан жылжымалы объектін қабылдағышына таралудың тік жолында биік түрдегі кедергі кездеседі. Тік жолмен жүру кезіндегі өту уақыты  τо және қабылданатын сигнал деңгейі кешігуі τ1 + τ2 болатын қайта сәулеленген сигналдың деңгейімен бірдей. Кешігуші сигнал негізгі сигналмен интерференцияланып, көшті ішкі жолақ бөгеуілін құрады, егер синтезаторда басқа жиілікке өту оның келуі мезетінен бұрын орындалса. Егер жиілікті ауыстыру жиілігі fh қайта сәулеленген және минималды сигналдар арасындағы кідірістердің кері айырмасының шамасынан артық болмаса, яғни

                                                             (38)

қабылдағыштың жиіліктер синтезаторы қабылдағыш кірісіне қайта сәулеленген сигнал келіп түсуінен бұрын өзге жиілікке ауысады. Осылайша, жиілікті ауыстыру жылдамдығының жоғары болуында уақыттық ыдыраудың жүйе сипаттамасының нашарлауына әсер төмендейді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19 Сурет –  Көп сәулелік әсерінен сигналдың уақыттық ыдырауы

 

Есеп. Жылжымалы байланыстың сандық жүйесінде жылдамдық fв = 4,8 кбит/с жылдамдықпен QPSK радиомодельдері пайдаланылады. Жиілікті ауыстырудың минималды жылдамдығын анықтаймыз. Бұл арналары уақытпен бөлу негізіндегі TDMA көп станциялық рұқсат жүйесі ұзақтығы τ = 300 мкс асатын кешігу сигналдарының уақыттың ыдырауын алдын - алу үшін қолданылады.

Есептің шешілуі: τо = 0 және τ1 + τ2 =300 мкс деп есептейміз. (38) өрнек бойынша

.

Кейбір жағдайларда жиілікті ақырын ауыстыруды енгізу күрделі адаптивті корреляторға қарағанда қарапайым техникалық шешім болып табылады. Коррелятор үлкен уақыттың ыдырау жағдайында сигналды өңдейді. Атап айтқанда, сигналдар когерентті емес демодуляцияланғанда, күрделі адаптивті корректорларды құру күрделі процесс болып табылады.

 

4.5            Спектрі тікелей кеңейтілген және жұмыс жиілігі ауысатын АКБКР жүйелерін салыстыру

 

Жүйелердің архитектурасын қарастырамыз, спектрді кеңейтудің екі әдісін қысқаша салыстырамыз: тікелей – псевдокездейсоқ сигналмен қосымша модуляциялау жолымен және жанама жұмыс жиілігін ауыстыру жолымен. Екінші жағдайда ПКТ генераторының  тактілік жиілігі

 FT= k(m-1)fв,

          мұндағы     fв = 1/Тв  - хабарды тарату жылдамдығы, бит/с;

          k – жиілікті ауыстыру аралығында (29), (30) биттер саны;

          m – ПКТ генераторының ұзындығы (регитор ұзындығы).

Осылайша ПКТ генераторының тактілік жиілігі тікелей кеңейту нұсқасына қарағанда төмен болады. Бұл – жұмыс жиілігін ауыстыру жолымен спектрді кеңейту әдістерінің артықшылықтарының бірі өзге артықшылықтары – тез синхрондалу және “жақын - алыс” бөгеуілінің мәселесінің қарапайым шешімі, яғни таралатын қуатты басқару дәлдігі төмен болады. Жұмыс жиілігін ауыстыру жолымен анықталатын спектрді кеңейтудің жанама әдісінің кемшілігі – тікелей әдіспен салыстырғанда фазалық шуыл деңгейі төмен күрделі тез әсер етуші жиіліктер синтезаторын пайдалану. Сонымен бірге, жиілікті ауыстыру жолымен сигнал спектрін кеңейту әдісі алысты және алыстық өзгеру жылдамдығын өлшеуге жарамсыз.

 5 Спектрі кеңейген жүйелерді синхрондау

 Спектрі кеңейтілген сигналды қабылдау кезінде қабылдағыштардың синхронизациясы орындалу үшін  үш синхронизация құрылғысы қажет:

а) тасушыны фазалық синхронизациясының құрылғысы (тасушыны қалпына келтіру);

б) таңбалы синхронизация құрылғысы (тактілік жиілікті қалпына келтіру);

в)  кодтық және псевдокездейсоқ тізбектерді қалыптастыратын генераторлардың уақыттық синхронизация әдісі.

FSK және DPSK  сигналдарын когерентсіз демодуляция алгоритмін орындау жағдайында модуляция жиіліктік дискриминатор немесе автокорреляциялық демодулятор көмегімен орындалатындықтан фазалық синхронизация құрылғысы қажет емес. Демодуляцияның когерентті алгоритмдері үшін үш синхрондау құрылғысы қажет.

Уақыттық синхронизация орындалатын екі этапта келесі операциялар орындалады:

а) іздеу (бастапқы, дөрекі синхронизация);

б) ізге түсу (дәл синхронизация).

Алда спектрі тікелей немесе жұмыс жиілігін ауыстыру арқылы кеңейтілген жүйелерде қолданылатын кейбір синхронизация әдістері сипатталады.

 5.1     Спектрі тікелей кеңейтілген сигналдарды іздеу

 Процедураны қысқарту және синхронизация уақытын қысқарту мақсатында, яғни спектрі тікелей кеңейтілген сигналды іздеу үшін d(t) = 1 болды деп есептеп, таралатын хабар d(t) сигналының модуляциясы орындалмайды.

Спектрі тікелей кеңейтілген модуляцияланбаған сигнал (таралатын сигналмен модуляцияланған) пилот – сигнал деп аталады және келесі түрде анықталады

                                                    (39)

Мұндай сигнал қабылдағыш кірісіне іздеу процедурасы кезінде келіп түседі.

Қарапайым іздеу процедурасы 20-суретте көрсетілген сұлба көмегімен түсіндіріледі. Алдымен кілт 1 деңгейінде болды, және  “ЖӘНЕ” сұлбасының кірістерінің бірі оң кернеу көзіне қосылған. Таустілік импульстердің ауысатын генераторы автономды режимде ПКТ қабылдағышының генераторын басқарады ПКТ генераторының таңбаларының тізбектелу жиілігі fо, таңбасын шамамен сәйкесті таратқыштағы ПКТ таңбаларының жиілігіне тең.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20 Сурет – АКБКР жүйесінде спектрі тікелей кеңейтілген сигналдарды іздеу сұлбасы

 

Іздеу процедурасы басталу алдында таратушы және қабылдаушы ПКТ генераторының  синхронизациясы орындалмайды, яғни қалыптасатын ПКТ уақыттық орналасуы келіспейді. Бұл жағдайда көбейткіштің шығыстағы сигналы келесі өрнекпен анықталады

                     (40)

          мұндағы i =0,1,2,3,...;

Тc – ПКТ таңбасының ұзақтығы.

Бұл өрнекте іТс спектрі тікелей кеңейтілген қабылданатын сигнал ПКТ қабылдағышындағы тіректік сигнал арасындағы бастапқы ығысуды анықтайды. і ≠ 0 кезіндегі сигналдардың көбейтіндісі спектрі тікелей кеңейтілген жүйені береді. Бұл сигналдың спектрі кең және спектральды тығыздығының деңгейі төмен. Сондықтан таржолақты фильтрация мен ораушыны белгілеуден кейін сигнал деңгейі төмен болды. Интегратормен компаратордың шығыс сигналдарының деңгейі төмен болды. Әрбір nTc секундта кілт 2 күйге өтеді. Егер компаратордың шығыс деңгейі кілт L күйде тұрған nTc уақыт мезетінде төмен болса “ЖӘНЕ” сұлбасында тактілік импульстің келуіне рұқсат берілмейді.

Тактілік импульстер осы уақыт мезетінде келіп түспегендіктен ПКТ генераторында ПКТ таратқышына қатысты ПКТ қалыптасады. Сосын кілт 1 күйге келіп, іздеу процесі қайта басталады. Бұл әрбір nTc орындалады. Бұл процедуралар нәтижесінде қабылданатын n тіректік сигналдарын уақыт сәйкестендіреді, яғни бұл іТс = 0 екенін білдіреді. Іздеу аяқталғаннан кейін

 

.                                    (41)

Бұл жағдайда қабылданатын пилот – сигнал спектрі сығылады да, (40) өрнегі келесі түрге айналады

                                                  (42)

яғни модуляцияланбаған “пилот - тон” алынады. fo жиілігіне арналған таржолақты сүзгі арқылы қабылданатын сигналдың барлық қуаты ораушы детекторының кірісіне келіп түседі. Ораушыны интеграциялау нәтижесінде nTc уақытта компаратор шығысында жоғары сигнал деңгейі қалыптасады, бұл іздеу немесе дөрекі синхронизация этапының аяқталғанын көрсетеді. Осыдан кейін тағы да бір толық ізге түсу процедура басталады.

Спектрі тікелей кеңейтілген сигналдың ізге түсуі немесе толық синхронизациясы 21-суретте көрсетілген кідірістің ізіне түсу сұлбасының (КІС) көмегімен орындалады. КІС қосу іздеу немесе дөрекі синхронизация аяқталғаннан кейін орындалады. Бұл этапта ПКТ генераторларының уақытша келіспеуі бір таңба ұзақтығына жатыр, алайда тіректік ПКТ қабылданатын ПКТ қатысты озу (А) немесе кейін қалу (Д) арқылы қалыптасу мүмкін. Сондықтан ПКТ генераторының шығыс сигналы келесідей жазылуы мүмкін: g(t-τ), мұндағы –Тс < τ < Тс. 21-суретте бейнеленген сұлбаның әртүрлі нүктелеріндегі сигналдар келесі жобамен өрнектелуі мүмкін

                                      (43)

                                          (44)

                                        (45)

                                      (46)

Сүзгілердің өткізу жолағы ПКТ спектрінен салыстырғанда тар болып таңдалады, сондықтан жолақты сүзгілер арқылы сигналдар көбейтіндісі өткенде ораушылар орташаланады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21 Сурет–Спектрі тікелей кеңейтілген кідірістердің ізіне түсу сұлбасы

 

g(t)g(t + τ ± Тс/2) көбейтіндісінің орташа мәні ПКТ автокорреляциялық функциясын анықтайды

.                                                       (47)

Ораушы детекторлары VDF(t) және AF(t) сигналдарының ораушыларын белгілейді, осының нәтижесінде таралатын хабар d(t) сигналымен модулляция орындалмайды. Сондықтан

                                                        (48)

                                                       (49)

Ауысатын генератордың басқару сигналы y(t) келесі айырмадан анықталады

.                                                       (50)

Егер r оң мәнді қабылдаса, онда оң таңбалы басқарушы сигнал қалыптасады да, ауысатын генераторының жиілігі өседі. Бұл r төмендеуіне әкеледі. r теріс мәндерінде кері таңбалы басқарушы сигнал қалыптасады да, жиілігі ауысатын генератордың жиілігі азаяды. Бұл r көбейюіне алып келеді. Басқарушы сигналдың r кідірісіне тәуелділігі (дискриминациялық сипаттама) 22-суретте көрсетілген.

Спектр тікелей кеңейтілген сигналдың ізденіс жүйесін қосқанда, когерентті қабылдауыштың құрылымдық сұлбасы 23-суретте келтірілген.


22 Сурет  – Басқарушы сигнал

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23 Сурет – Спектрі тікелей кеңейтілген сигналдың когерентті қабылдағыш

 

5.2     Жұмыс жиілігі ауысатын сигналдарды іздеу және ізіне түсу

 

Жұмыс жиілігі ауысатын сигналдарды іздеудің мүмкін болатын әдістерінің бірінің құрылымдық сұлбасы 24-суретте келтірілген. Егер мұндай сигналдарды таратқышта m жұмыс жиілігі қолданса, мысалы r = 1000 болса, онда іздеу сұлбасы 1000 көбейткіштерден жолақты сүзгілерден ораушының квадраттық детекторларынан және кідіріс элементтерінен тұрады. Кідіріс элементтері кідірістерді теңестіреді, сондықтан жиіліктік элементтердің сәйкес келетін тізбектері үшін сумматторда v1,v2,..., vm  сигналын қосу бір уақыт мезетінде орындалады. Сондықтан порогтік деңгейдің ұлғаю мүмкіндігі жоғары болады, яғни қабылдағыш пен қабылданатын сигналдың арасындағы синхронизация орындалды. Бұл кезде ПКТ қалыптаса бастауын көрсететін корреляциялық функцияның негізгі ығысуы пайда болады.

24 Сурет Параллельді іздеу сұлбасы

 

Қарастырылған корреляторлар жиыны немесе сәйкесті сүзгілер көмегімен іздеу әдісі тез іздеуді орындауға мүмкіндік береді. Алайда қабылдағыштың өлшемін, құнын және күрделелігін азайту үшін бір корреляторды пайдаланып, циклдік іздеуді орындау керек. Бұл әдісте іздеу уақыты айтарлықтай артады, себебі бұл жағдайда іздеу параллель емес, тізбектей орындалады.

Тізбектей іздеу әдісі 25-суретте көрсетілген құрылымдық сұлбамен орындалады. Жиілігі fh тактілік импульстер генераторы, ПКТ генераторы және жиіліктер синтезаторы тіректік сигналдардың ауысатын генераторын құрайды. ПКТ генераторы сәйкесті таратқыштың тізбектеріне ұқсас псевдокездейсоқ тізбекті қалыптастырады. Компаратор шығысындағы басқарушы сигналдың күйіне тәуелді тактілік импульстер генераторы не “қосылды”, не “қосылмады” күйінде болады. Жиіліктер синтезаторының жиілігін ПКТ генераторының сандық сигналымен алынады. ПКТ генераторының өзгеруіне байланысты синтезатор жиілігі f1 ден fM мәндеріне дейін өзгереді, кейін қайтадан f1 мәніне бастайды және т.с.с. Жиілікті ауыстыру жылдамдығы fh = 1/Th тең болады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25 Сурет Тізбектей іздеу сұлбасы

 

Іздеу процедурасын басында қабылданатын және тіректік сигналдардың жиілігі сәйкес келмейді, яғни fi ≠ fj. Бұл жағдайда қабылданатын спектр корреляция болмағандықтан сығылмайды, сүзгінің кірісіндегі сигнал спектрі кең болып қалады. 2fh шамасына тең өткізу жолағы таржолақтық сүзгі арқылы ораушы детекторының кірісіне кіріс сигналы қуатының кішкене бөлігі ғана өтеді. Компаратор шығысындағы сигналдың деңгейі төмен болады да, тактілік импульстер генераторы “қосылмайды” күйінде болады. ПКТ генераторы келесі күйге өтеді, алқабылдағыштың жиіліктік синтезаторында алдындағы жиілік сақталады, яғни ол күту позициясында қалады. Қабылданатын сигналдың жиілігі fj тең болғанда, айырмашылық жиілік жолақтың сүзгіні реттеу жиілігіне тең болады және оның шығысында сигнал пайда болады.

Ораушы детекторының шығысында сигнал деңгейі порогтік деңгейден жоғары болады және компаратордың шығыс сигналының деңгейі жоғары болады. Бұл тактілік импульстер генераторының “қосылмады” күйіне сәйкес келеді. Қабылдағыштың ПКТ генераторы таратқыштың ұқсас генераторымен синхрондалады, яғни дөрекі синхронизация этабы аяқталады.

Бұл этап аяқталған соң қабылданатын және тіректік сигналдардың τ шамасына тең қатыстық кідірісі сақталады.

Екінші қадамда, яғни дәл синхронизация кезінде бұл кідіріс жиылады. Бұл жағдай 26-суретте көрсетілген жүйе көмегімен орындалады. Жүйенің жұмысын түсіндіретін уақыттық диаграммалар 27-суретте бейнеленген. Жолақты сүзгіні жиіліктерді өткізу жолағы аралық жиілік сигналының өтуі үшін жеткілікті vp(t) = v1(t)v2(t)  көбейтіндісінен тұратын келісу кезіндегі жиіліктен тұрады. Ал келіспеу кезінде айырмашылық сигнал өтуіне мүмкіндік берілмейді, сондықтан ораушы детекторының шығысында  v1(t) және v2(t) сигналдарының жиіліктері сәйкес келгенде vd(t)  сигналының деңгейі оң, ал осы жиіліктер сәйкес келмегенде 0-ге жақын болады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

26 Сурет  – Ауысатын сигналдар кідірісінің ізіне түсу сұлбасы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

27 Сурет – Іздеу сұлбасының жұмысын сипаттайтын уақыттық диаграммалар

 

Ораушы детекторының шығыс сигналы vd(t) тактілік жиілігі fh болатын меондр сигналымен vc(t) көбейтіледі, ал vd(t)vc(t) көбейтіндісі –уақыттық кідірістің мәні мен таңбасына тәуелді ауданның оң және теріс фрагменттеріне қатысты үш деңгейлі сигналды білдіреді. Осы сигналды төмен жиілікті сүзгі көмегімен орташа нәтижеде тактілік импульстер генераторы үшін басқарушы сигнал қалыптасады. Оның мәні тіректік сигнал қабылданатын сигналдан артық болса теріс, ал кері жағдайда оң болады. Басқару кернеуінің  әсерінен тактілік импульстер генераторының жиілігі сәйкес жаққа өзгереді және бастапқы  кідіріс минимумға жетеді. Осы қадамда жұмыс жиілігі аусатын жүйенің дәл синхронизациясы аяқталады.

Спектрді тікелей кеңейтуді және жұмыс жиілігін ауыстыруды пайдаланатын спектрі кеңейтілген жүйелер, сонымен қатар АКБКР технологиясын пайдаланатын жүйелер ұялы, жеке жылжымалы спутникті байланыс жүйелерінде кеңінен пайдаланылады. 80 жылдың соңы мен 90жылдың  басында Qualcomm фирмасы орындаған аппаратураларды зерттеу және өңдеулер нәтижесінде АКБКР технологиясын коммерциялық қолданыс деңгейіне шығарады. Бұл фирма телекоммуникациялық өндіріс ассоциациясымен (ТІА) және ұялы телекоммуникациялық өндіріс ассоциациясымен (СТІА) бірге АКБКР технологиясына негізделген спектрі кеңейтілген жүйелердің ұлттық және халықаралық стандарттарын енгізді.

АҚШ-тың байланыс бойынша федералды комиссиясы бөлген 902...928МГц, 2,4...2,48 ГГц және 5,4...5,6 Гц жиіліктер диапазондары үшін АКБКР технологиясын және жұмыс жиілігін бағдарламалық ауыстыруды пайдаланылатын әртүрлі жүйелер мен оның элементтері пайда болды. AT&T Bell Laboratories-те жүргізілген зерттеулер нәтижесінде арналарды уақыттық бөлу негізіндегі көп станциялық рұқсат және жұмыс жиілігі ақырын өзгеретін жүйелер (SFH – TDMA) әдеттегі ұялы АУБКР жүйелерімен салыстырғанда сыйымдылығы үлкен және сипаттамалары жақсы. Бұл жүйелердің артықшылықтарына жоғары бөгеуілге шыдамдылық, сигнал уақыттың ығысуына сезімталдықтың болмауы жатады. 

Әдебиеттер тізімі

1. Ю.Б. Зубарев, Основные подходы к внедрению систем подвижной связи 3-го поколения// Вестник связи. – 2000.  – № 7.  – С.  23-24.

2. Невдяев Л.М. Мобильная связь 3-го поколения.-М.: Связь и бизнес, 2000.-208с.

3. Пышкин И.М. и др. Системы подвижной радиосвязи. – М.: Радио и связь, 1986. – 328 с.

4. Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. – М.: Эко-Трендз Ко, 1997. – 238 с.

5.  Тамаркин В.М., Громов В.Б., Сергеев С.И. Системы и стандарты транкинговой связи. – М.: ИТЦМК, 1998. – 198 с.

6.   Тамаркин В.М., Невдяев Л.М., Сергеев С.И. Современные системы связи. – М.: ЦНТИ. – Информсвязь, 1994. – 118 с.

7.     Тамаркин В.М., Невдяев Л.М., Сергеев С.И. Транкинговые системы связи // Сети и системы  связи. – 1996. – № 9.

8.  Андрианов В. Соколов А. Средства мобильной связи. – СПб.: BHV-Санкт-Петербург, 1998. – 256 с.

9.   Сайт. http://www.3gtoday.com

10. Феер К. Беспроводная цифровая связь / Пер. с англ.; Под ред. В.И. Журавлева. – М.: Радио и связь, 2000. – 520 с.

11. Фрэз И., Голубев А., Белянко Е. Вам нужна радиосвязь? –  М.: МЦНТИ, 1997. – 183 с.

12. Жельников В. Криптография от папируса до компьютера. – М.: ABF, 1997. – 336 с.

13.  Блейхут Р. Теория и практика кодов, контролирующих ошибки. – М.: Мир, 1986. – 576 с.

14.  Ламекин В.Ф.  Сотовая связь. – Ростов на Дону: Феникс, 1997. – 172 с.

15.  Токбаева Г.А., Сабдыкеева Г.Г., Коньшин С.В. Влияние отраженных сигналов на перемещающихся сотовых абонентов // Сб. трудов 4-ой  Междунар. науч. техн. конф. студентов, аспирантов и  молодых  специалистов  стран  СНГ// Техника и технология связи. –  2002. –№5 – С. 245 - 247.

16.  Mehrotra A. Cellular Radio: Analog and Digital Systems // Artech House Inc., 1994. – 460 p.

17. Кларк Дж. Кейн Дж. Кодирование с исправлением ошибок в системах цифровой связи. – М.: Радио и связь, 1987. – 391 с.

18.  Горностаев Ю.М Мобильные системы 3-го поколения. – М.: МЦНТИ, 1998. – 186 с.

 

С. В. Коньшин, Б.Б. Ағатаева