Копия Шпора

Какое свойство лежит в основе метода CDMA Благодаря тому, что корреляционные устройства приемника пропускают только единственную последовательность, один и тот же спектр может разделяться между многими пользователями, применяющими различные псевдослучайные последовательности. Это свойство лежит в основе метода многостационного доступа с кодовым разделением каналов (англ.Cоde Division Multiple Access – CDMA).

Канал с аддитивным, гауссовским шумом. Точное математическое описание любого реального канала обычно весь­ма сложное. Вместо этого используют упрощённые математические модели, которые позволяют выявить все важнейшие закономерности реального канала, если при построении модели учтены наиболее существенные особенности ка­нала и отброшены второстепенные детали, мало влияющие на ход связи. Чаще всего рассматривается белый гауссовский шум (БГШ) либо квазибелый (с равномерной спектральной плотностью в полосе спектра сигнала s(t)) Модель канала с неопределенной фазой сигнала и аддитивным гауссов­ским шумом отличается от модели (12.1) тем, что в ней запаздывание является случайной величиной. Модель однолучевого канала с замираниями достаточно хорошо описывает многие каналы радиосвя­зи в различных диапазонах волн, а также некоторые другие каналы.

Классификация беспроводных видов связи (технологии). Связь – одна из наиболее динамично развивающихся отраслей инфраструктуры современного общества. Большое место здесь отводится сетям беспроводной связи. Средства беспроводной связи (в том числе радиосвязи) в современном мире играют одну из ведущих ролей в процессе передачи и обработки информации. От первых опытов по беспроводной электросвязи прошло каких-то 100 лет, но за это время средства и технологии радиосвязи (беспроводной связи), как составная часть научно-технического прогресса, проникли во многие области современного общества. Преимущества беспроводных линий связи очевидны: это экономичность (не требуется рыть траншеи для укладки кабеля и арендовать землю); низкие эксплуатационные расходы; высокая пропускная способность и качество цифровой связи; быстрое развертывание и изменение конфигурации сети; легкое преодоление препятствий - железных дорог, рек, гор и т.д. Беспроводная связь в радиодиапазоне ограничена перегруженностью и дефицитом частотного диапазона, недостаточной скрытностью, подверженностью помехам, в том числе и преднамеренным, и с соседних каналов, повышенным энергопотреблением. Кроме того, для радиосвязи необходимо длительное согласование и регистрация с назначением частот органами Госсвязьнадзора (в нашей стране государственный уполномоченный орган), арендная плата за канал, обязательная сертификация радиооборудования Государственной комиссией по радиочастотам. Серьезными минусами беспроводной связи являются: пока относительно низкая пропускная способность; плохое прохождение сигнала через стены, возможность перехвата данных или незарегистрированного входа, если не использовать дополнительные механизмы обеспечения безопасности. В зависимости от технологии беспроводные сети можно разделить на три типа: локальные вычислительные сети; расширенные локальные вычислительные сети; мобильные сети (переносные компьютеры). Беспроводные локальные сети используют четыре способа передачи данных: инфракрасное излучение; лазер; радиопередачу в узком спектре (одночастотная передача); радиопередачу в рассеянном спектре. Радиопередача в узком спектре (одночастотная передача)- этот способ напоминает вещание обыкновенной радиостанции. Радиопередача в рассеянном спектре - при этом способе сигналы передаются в некоторой в полосе частот, что позволяет избежать проблем связи, присущих одночастотной передаче. Расширенные локальные сети- некоторые типы беспроводных компонентов способны функционировать в расширенных локальных вычислительных сетях так же, как их аналоги - в кабельных сетях

Классификация полупроводниковых приборов. Полупроводниковые приборы разделяют по их функциональному назначению, а также по количеству электронно-дырочных переходов. Вся совокупность полупроводниковых приборов разделяется на беспереходные, с одним, двумя и более переходами (рис 12.1) Применение беспереходных приборов основано на использовании физических процессов, происходящих в объеме полупроводникового материала. Приборы, в которых используется зависимость электрического сопротивления полупроводника от температуры, называются термисторами. В эту группу приборов входят терморезисторы (их сопротивление на несколько порядков падает при увеличении температуры), а также позисторы (их сопротивление увеличивается с увеличением температуры). Терморезисторы и позисторы применяются для измерения и регулирования температуры, в цепях автоматики и т.д. В качестве нелинейных сопротивлений применяются полупроводниковые приборы, в которых используется зависимость сопротивления от величины приложенного напряжения. Такие приборы называются варисторами. Их применяют для защиты электрических цепей от перенапряжения, в цепях стабилизации и преобразования физических величин. Фоторезистор, это прибор, в фоточувствительном слое которого при облучении светом возникает избыточная концентрация электронов, а значит их сопротивление уменьшается. Большую группу представляют полупроводниковые приборы с одним р-n переходом и двумя выводами для включения в схему. Их общее название – диоды. Различают диоды выпрямительные, импульсные и универсальные. К этой группе относятся стабилитроны (они применяются для стабилизации токов и напряжений за счет значительного изменения дифференциального сопротивления пробитого р -n перехода). Варикапы (емкость их р-n перехода зависит от величины приложенного напряжения), фото и светодиоды и т.п. Полупроводниковые приборы с двумя и более р-n переходами, тремя и более выводами называются транзисторами. Очень большое количество транзисторов, различающихся по функциональным и другим свойствам, разделяют на две группы – биполярные и полевые. К этой же группе приборов (с тремя и более р-n переходами) можно отнести приборы переключения – тиристоры. Самостоятельную группу приборов представляют интегральные микросхемы (ИМС). ИМС – это изделие, выполняющее определенную функцию преобразования или обработки сигнала (усиление, генерация, АЦП и т.д.) Они могут содержать десятки и сотни р-n переходов и других электрически соединенных элементов. Все интегральные микросхемы делятся на два сильно отличающихся друг от друга класса :- полупроводниковые ИМС;-гибридные ИМС.

Классификация сигналов. По информативности сигналы делятся на детерминированные и случайные. Детерминированными являются сигналы, значения которых заранее известны, т. к. они повторяются через определенный интервал времени — период (например, гармоническое колебание или любой периодический сигнал). Случайными являются сигналы, значение которых заранее неизвестно и может быть предсказано лишь с некоторой вероятностью. По форме бывают простые и сложные. Простыми являются сигналы, которые описываются простой математической моделью (например, гармоническое колебание u(t)=Um sin (?t+?)). Сложными являются сигналы, которые не могут быть описаны простой математической моделью. Так же сигналы делятся на аналоговые и дискретный. Аналоговыми (непрерывными) являются сигналы, которые могут принимать любые значения по уровню в некоторых пределах и являются непрерывными функциями времени (рисунок 4). Дискретными являются сигналы, которые могут принимать некоторые значения из определенных как по уровню так и/или по времени (рисунок 5).

Ключевая особенность сотовой связи Сотовая связь — один из видов мобильной радиосвязи, в основе которого лежит сотовая сеть. Ключевая особенность заключается в том, что общая зона покрытия делится на ячейки (соты), определяющиеся зонами покрытия отдельных базовых станций (БС). Соты частично перекрываются и вместе образуют сеть. На идеальной (ровной и без застройки) поверхности зона покрытия одной БС представляет собой круг, поэтому составленная из них сеть имеет вид сот с шестиугольными ячейками (сотами).Сеть составляют разнесённые в пространстве приёмопередатчики, работающие в одном и том же частотном диапазоне, и коммутирующее оборудование, позволяющее определять текущее местоположение подвижных абонентов и обеспечивать непрерывность связи при перемещении абонента из зоны действия одного приёмопередатчика в зону действия другого.Основные составляющие сотовой сети — это сотовые телефоны и базовые станции. Базовые станции обычно располагают на крышах зданий и вышках. Будучи включённым, сотовый телефон прослушивает эфир, находя сигнал базовой станции. После этого телефон посылает станции свой уникальный идентификационный код. Телефон и станция поддерживают постоянный радиоконтакт, периодически обмениваясь пакетами. Связь телефона со станцией может идти по аналоговому протоколу (AMPS, NAMPS, NMT-450) или по цифровому (DAMPS, CDMA, GSM, UMTS).

Компараторы и генераторы электрических колебаний. Аналоговые компараторы напряжений. Характеристики, классификация и применение аналоговых компараторов напряжения. Устройство сравнения аналоговых сигналов (компаратор) выполняет функцию сравнения либо двух (или более) входных сигналов между собой, либо сравнение одного входного сигнала с опорным сигналом (эталонным). Компаратор принимает на свои входы два аналоговых сигнала и выдает логическую «1», если сигнал на прямом входе («+») больше чем на инверсном входе («−»), и логический «0», если сигнал на прямом входе меньше, чем на инверсном входе. В компараторах напряжения один динамический параметр— время переключения выходного напряжения (иначе — время восстановления). Быстродействие компаратора принято характеризовать «временем восстановления» (переключения) — это промежуток времени от начала сравнения до момента, когда выходное напряжение достигает порога срабатывания логической схемы Компараторы находят широкое применение в системах преобразования аналоговых сигналов в цифровые, в ключевых регуляторах и стабилизаторах напряжения, в пороговых устройствах и в ряде других схем, где требуется определять моменты равенства двух сигналов. Разновидности компараторов: Однопороговые компараторы. Регенераторные компараторы. Двухпороговые компараторы

Компараторы и генераторы электрических колебаний. Назначение и виды генераторов. Принципы построения генераторов. Генераторы линейно изменяющегося напряжения. Электронным генератором называют устройство, создающее электрические колебания определенной частоты и формы и использующее для этого  энергию источника постоянного тока (напряжения). По принципу действия генераторы бывают с внешними внутренним возбуждением. Генераторы с внутренним возбуждением (автогенераторы) возбуждаются самостоятельно (без внешнего источника). Основными характеристиками генераторов являются форма, частота и амплитуда создаваемых колебаний. По форме колебаний генераторы подразделяются на генераторы синусоидальных колебаний и генераторы несинусоидальных (релаксационных) колебаний. По частоте колебаний генераторы подразделяются на низкочастотные (от долей герц до 100 кГц), высокочастотные (100 кГц … 10 мГц) и сверхвысокочастотные (более 10 мГц). Важными характеристиками являются мощность выходного сигнала, стабильность частоты и коэффициент полезного действия. Простейшим методом формирования гармонических колебаний является метод компенсации потерь в LC-колебательном контуре при помощи усилителя. Для этого усилитель нужно охватить обратной связью, компенсирующей эти потери (рис. 1). Автогенератор гармонических колебаний можно образовать путем подключения к усилителю цепи положительной обратной связи, действие которой должно обеспечить подачу на вход усилителя сигнала с амплитудой не ниже амплитуды первоначального сигнала и со сдвигом фаз, равным нулю.

Критерий качества, отношение сигнал-шум. Любой, кто изучал аналоговую связь, знаком с критерием качества, именуемым отношением средней мощности сигнала к средней мощности шума (S/N или SNR). В цифровой связи в качестве критерия качества чаше используется нормированная версия SNR, E₀/N₀. Е₀ — это энергия бита, и ее можно описать как мощность сигнала S, умноженную на время передачи бита Т. N₀ — это спектральная плотность мощности шума, и ее можно выразить как мощность шума, деленную на ширину полосы N_0.. Еще одним параметром, часто используемым в цифровой связи, является скорость передачи данных в битах в секунду. В целях упрощения выражений, встречающихся в книге, для представления скорости передачи битов вместо записи R_b будем писать просто R. С учетом сказанного перепишем, выражение (3.29) так, чтобы было явно видно, что отношение Ј*Wo представляет собой отношение S/N, нормированное на ширину полосы и скорость передачи битов: Одной из важнейших метрик качества в системах цифровой связи является график за­висимости вероятности появления ошибочного бита Р_в от E₀/N₀. На рис. 3.6 показан "водопадоподобный" вид большинства подобных кривых.

Линейные системы. В зависимости от характера связи между сигналами на входе и выходе канала различают каналы (звенья, цепи) линейные и нелинейные. Линейная система — любая система, для которой отклик системы на сумму воздействий равен сумме откликов на каждое воздействие. В математической модели линейной системы это означает, что оператор преобразования "вход-выход" линеен. Иногда линейное свойство системы называют принципом суперпозиции. Свойства линейных систем: 1)Порядок установки линейных систем не влияет на результирующий сигнал. 2)Любая сложная система будет линейна, если составлена из линейных систем и блоков суммирования. 3)Перемножение сигнала на константу является линейной операцией, а перемножение двух сигналов — нелинейной. Необходимые условия линейности: Гомогенность – при изменении амплитуды входного сигнала в k раз также в k раз изменяется и амплитуда выходного сигнала. Аддитивность – при суммировании входных сигналов результирующий сигнал на выходе будет равен сумме реакций от исходных сигналов. Инвариантность – когда смещение входного сигнала во времени вызывает аналогичное смещение выходного сигнала. Статическая линейность – когда основные законы в системе описываются линейными уравнениями. Гармоническая верность – если на вход системы подать синусоидальный сигнал, то на выходе будет сигнал той же частоты.

Логические элементы и схемы. Основные понятия. Основные логические операции. Типы логических микросхем. Основные типы логики. Логическим элементом называется электрическая схема, выполняющая какую-либо логическую операцию (операции) над входными данными, заданными в виде уровней напряжения, и возвращающая результат операции в виде выходного уровня напряжения. Так как операнды логических операций задаются в двоичной системе счисления, то логический элемент воспринимает входные данные в виде высокого и низкого уровней напряжения на своих входах. Соответственно, высокий уровень напряжения (напряжение логической 1) символизирует истинное значение операнда, а низкий (напряжение логического 0) - ложное. Значения высокого и низкого уровней напряжения определяются электрическими параметрами схемы логического элемента и одинаковы как для входных, так и для выходных сигналов. Обычно, логические элементы собираются как отдельная интегральная микросхема. К числу логических операций, выполняемых логическими элементами относятся конъюнкция (логическое умножение, И), дизъюнкция (логическое сложение, ИЛИ), отрицание (НЕ) и сложение по модулю 2 (исключающее ИЛИ). Рассмотрим основные типы логических элементов. Логический элемент И выполняет операцию логического умножения (конъюнкция) над своими входными данными и имеет от 2 до 8 входов и один выход (как правило, выпускаются элементы с двумя, тремя, четырьмя и восемью входами). На рис. 1. изображены условные графические обозначения (УГО) логических элементов И с двумя, тремя и четырьмя входами соответственно. Элементы И обозначаются как NИ, где N - количество входов логического элемента (например, 2И, 3И, 8И и т.д.) Логический элемент ИЛИ выполняет операцию логического сложения (дизъюнкция) над своими входными данными и, также как и логический элемент И, имеет от 2 до 8 входов и один выход. На рис. 2. изображены УГО логических элементов ИЛИ с двумя, тремя и четырьмя входами соответственно. Элементы ИЛИ обозначаются также, как и элементы И (2ИЛИ, 4ИЛИ и т.д.) Логический элемент НЕ выполняет операцию логического отрицания над своими входными данными и имеет один вход и один выход. Иногда его называют инвертор, так как он инвертирует входной сигнал. На рис. 3 изображено УГО элемента НЕ. Логический элемент И-НЕ выполняет операцию логического умножения над своими входными данными, а затем инвертирует (отрицает) полученный результат и выдаёт его на выход. Таким образом, можно сказать, что логический элемент И-НЕ - это элемент И с инвертором на выходе. УГО элемента 3И-НЕ приведено на рис. 4. Логический элемент ИЛИ-НЕ выполняет операцию логического сложения над своими входными данными, а затем инвертирует (отрицает) полученный результат и выдаёт его на выход. Таким образом, можно сказать, что логический элемент ИЛИ-НЕ - это элемент ИЛИ с инвертором на выходе. УГО элемента 3ИЛИ-НЕ приведено на рис. 5. Тип логики можно узнать по названию микросхемы. Точнее – по первым буквам названия, которые указывают, к какой серии принадлежит микросхема. Внутри любой серии могут быть микросхемы, произведенные только по какой-то одной технологии. Например: Транзисторно-Транзисторная Логика, ТТЛ с диодом Шоттки, Комплиментарный Металл-Оксид Полупроводник, Эмиттерно-Согласованная Логика.

Математические модели каналов связи. Линейный фильтровой канал.

Методы декодирования корректирующих кодов. В таком коде к кодовым комбинациям безызбыточного первичного двоичного k-разрядного кода добавляется один дополнительный разряд (символ проверки на четность, называемый проверочным, или контрольным). Если число символов «1» исходной кодовой комбинации четное, то в дополнительном разряде формируют контрольный символ «0», а если число символов «1» нечетное, то в дополнительном разряде формируют символ «1». В результате общее число символов «1» в любой передаваемой кодовой комбинации всегда будет четным. Код с проверкой на четность позволяет обнаруживатьодиночную ошибку при приеме кодовой комбинации, так как такая ошибка нарушает условие четности, переводя разрешенную комбинацию в запрещенную.

Методы и устройства помехоустойчивого кодирования В каналах с помехами эффективным средством повышения достоверности передачи сообщений является помехоустойчивое кодирование. Оно основано на применении специальных кодов, которые корректируют ошибки, вызванные действием помех. Помехоустойчивые коды могут быть построены с любым основанием. Для того чтобы код обладал корректирующими способностями, в кодовой последовательности должны содержаться дополнительные (избыточные) символы, предназначенные для корректирования ошибок. Чем больше избыточность кода, тем выше его корректирующая способность. Помехоустойчивые (корректирующие) коды делятся на блочные и непрерывные. Блочными называются коды, в которых информационный поток символов разбивается на отрезки и каждый из них преобразуется в определённую последовательность (блок) кодовых символов. Непрерывные или рекуррентные коды образуют последовательность символов, не разделяемую на отдельные кодовые комбинации. Кодирование и декодирование непрерывно совершаются над последовательностью элементов без деления их на блоки. Формирование проверочных символов ведётся по рекуррентным (возвратным) правилам, поэтому непрерывные коды часто называют рекуррентными или цепными. Коды Хэмминга — наиболее известные и, вероятно, первые из самоконтролирующихся и самокорректирующихся кодов. Построены они применительно к двоичной системе счисления.

Методы улучшения характеристик помехоустойчивости Улучшение характеристик помехоустойчивости. Методы повышения помехоустойчивости, применяемые в системах с кодовым доступом (CDMA) при работе в условиях замираний и многолучевого распространения радиоволн, существенно отличаются от тех, которые используются при приеме узкополосных сигналов. Чаще всего многолучевость возникает, как результат многократного отражения передаваемого сигнала от зданий и других препятствий на пути распространения радиоволн. Отраженные сигналы могут интерферировать с прямым лучом, имеющим наибольшую интенсивность. Сигналы разных лучей сдвинуты по времени друг относительно друга, что обусловлено различной длиной трассы их прохождения. Поскольку всегда существует несколько путей распространения радиоволн от передатчика к приемнику, то в точке приема разные копии одного и того же сигнала интерферируют друг с другом, создавая глубокие замирания радиоволны, которые в основном и влияют на качество передачи информации и пропускную способность системы.

Методы цифровой модуляции. Часто в качестве переносчика используют периодическую последовательность сравнительно узких импульсов. Последовательность прямоугольных импульсов одного знака v_o(t) характеризуется параметрами (рисунок 7.5): амплитудой импульсов V; длительностью (шириной) импульсов τ_и; частотой следования (или тактовой частотой) f_T = 1/Т, где Т - период следования импульсов (ω_т =2ωπf_T); положением (фазой) импульсов относительно тактовых (отсчетных) точек. Отношение Т/τ_и называется скважностью импульса. По закону передаваемого первичного сигнала можно изменять (модулировать) любой из перечисленных параметров импульсной последовательности. При этом модуляция называется импульсной. В зависимости от того, какой параметр модулируется первичным сигналом s(t), различают: амплитудно-импульсную модуляцию (АИМ), когда по закону передаваемого сигнала (рисунок 7.6, а) изменяется амплитуда импульсов (рисунок 7.6, б); широтно-импульсную модуляцию (ШИМ), когда изменяется ширина импульсов (рисунок 7.6, в); частотно-импульсную модуляцию (ЧИМ) - изменяется частота следования импульсов (см. рисунок 7.6, г); фазо-импульсную модуляцию (ФИМ)- изменяется фаза импульсов, т.е. временное положение относительно тактовых точек (см. рисунок 7.6, д). Модуляцию ФИМ и ЧИМ объединяют во временно-импульсную (ВИМ). Между ними существует связь, аналогичная связи между фазовой и частотной модуляцией синусоидального колебания. В качестве примера на рисунок 7.7 показан спектр АИМ-сигнала при модуляции импульсной последовательности сложным первичным сигналом s(t) с полосой частот от 0 до Ω. Он содержит спектр ис­ходного сигнала s(t), все гармоники тактовой частоты ω_т (т.е. частоты 2ω_т, Зω_т, 4ω_т и т.д.) и боковые полосы частот около гармоник тактовой частоты. рисунок 7.6 - Виды импульсной модуляции рисунок 7.7- Спектр АИМ – сигнала

Многоканальный доступ: преимущества и недостатки. Понятие многоканального доступа связано с организацией совместного использования ограниченного участка спектра многими пользователями. Субъект, организующий информационный обмен, самостоятельно выбирает степень защиты информации, может произвольно определять местоположение абонентов; защищенный информационный обмен организуется с тем же территориальным доступом, с которым реализуется обмен незащищенный; требуется взаимное доверие только от взаимодействующих абонентов. Одним из вопросов, возникающих на этом пути, является оценка доступности для злоумышленника используемых линий связи и коммутационных узлов государственной сети. По состоянию правопорядка на настоящее время приходится ориентироваться на полную доступность всех линий и коммутационного оборудования. Препятствием можно считать только технические сложности при перехвате уплотненного магистрального канала или неудобства доступа к кабельным линиям. В случае использования радиовставок для удаленных или подвижных абонентов следует ориентироваться на полную незащищенность их от перехвата.

Модели дискретных каналов связи. Точное математическое описание любого реального канала обычно весь­ма сложное. Вместо этого используют упрощённые математические модели, которые позволяют выявить все важнейшие закономерности реального канала, если при построении модели учтены наиболее существенные особенности ка­нала и отброшены второстепенные детали, мало влияющие на ход связи. Внутри дискретного канала всегда содержится непрерывный канал. Пре­образование непрерывного канала в дискретный осуществляет модем. Поэтому в принципе можно вывести математическую модель дискретного канала из мо­делей непрерывного канала при заданном модеме. Такой подход часто является плодотворным, однако он приводит к сложным моделям. Рассмотрим простые модели дискретного капала, при построении кото­рых свойства непрерывного канала и модема не учитывались. Модель дискретного канала содержит задание множества возможных сигналов на его входе и распределение условных вероятностей выходного сиг­нала при заданном входном. Здесь входным и выходным сигналами являются последовательности и кодовых символов. Поэтому для определения возможных входных сигналов достаточно указать число т различных символов (основание кода), а также длительность Т передачи каждого символа. Будем считать значе­ние Т одинаковым для всех символов, что выполняется в большинстве совре­менных каналов.

Назначение функциональных узлов, основные понятия, терминология и определения. Кодера источника необходим для кодирования источника или сжатием данных в последовательность двоичных символов. Цель кодера канала состоит в том, чтобы ввести управляемым способом некоторую избыточность в информационную двоичную последовательность, которая может использоваться в приёмнике, чтобы преодолеть влияние шума и интерференции, с которой сталкиваются при передачи сигнала через канал. Основная цель цифрового модулятора сводится к отображению информационной двоичной последовательности в соответствующий сигнал. Канал связи - это физическая среда, которая используется для передачи сигнала от передатчика к приёмнику. На приёмной стороне системы цифровой связи цифровой демодулятор обрабатывает искажённый каналом передаваемый сигнал и преобразует его в последовательность чисел. Эта последовательность чисел поступает на канальный декодер, который пытается восстановить первоначальную информационную последовательность, используя знание канального кода и избыточности, содержащейся в принятых данных. Декодер источника принимает выходную последовательность от декодера канала и, используя знание метода кодирования источника, применённого на передаче, пытается восстановить исходную форму сигнала источника.