Микроұялы байланыс және DECT

CDMA желісінің құрылу сұлбасы.

CDMA желісінің осылай ұйымдастырылуы жалпылама болып есептеледі. Ол қойыл,ан талаптар,а сай өзгертілуі мүмкін. Мысалы, базалық станса контроллерлері қойылмауы мүмкін, бұл жағдайда базалық стансалар тікелей коммутациялау орталығына қосылады.

CDMA  жүйесі әрбір пайдаланушы  үшін ұяшықтың ішінде сол радиоарнаны және жиілік жолағын қолдануға мүмкіндік береді. Аралас ұяшықтағы пайдаланушы сол жиілік жолағын пайдаланылады. Бұл жүйе жиілікті жобалауды қажет етпейді. Қозғалмалы байланыс операторларының шығындарын азайту үшін және AMPS-тен CDMA-ға көшуді жеңілдету үшін CDMA жүйесінде 1,25 МГц арна ені қолданылады. Мұндай арна енін AMPS жүйесі де қолданылады. Басқа ұялы жүйелерге қарағанда бір арнаның трафигі тұрақты өлшем болып саналмай, желідегі дауыстық белсенділік пен талаптарға тәуелді болады. CDMA принципі бастапқы ақпараттық сигналдың (біздің жағдайда сөз сигналының) спектрін кеңейту ден тұрады, олар екі әртүрлі әдіспен жүзеге асады, біріншісі «жиілік бойынша секіру», екіншісі «тура тізбек». «Жиілік бойынша секіру» » (немесе FH - Frequency Hopping)  келесі түрде жүзеге асады,кездейсоқ заң бойынша берілген аралықта таратқыштағы тасымалдаушы жиілік тұрақты түрде өзінің мәнін әрбір сөйлесу арнасына салыстырмалы түрде үлкен емес уақыт интервалында өзгертіп отырады. Жүйенің қабылдағышы да таратқыш сияқты гетеродин жиілігін тура сол алгоритммен өзгертіп, тек керекті арнаны болашақта өңдеу мен бөліңуді қамтамасыз етеді. FH көмегімен цифрлық ұялы байланыс жүйесінде техникалық сипаттамаларды жақсарту үшін, атап айтқанда GSM-де қолданады

Екінші әдіс «тура тізбекті» (немесе DS - Direct Sequence) жұмыс істейтін және перспективті CDMA желілерінде қолданатын шусияқты сигналдарды қолдануға негізделген әдіс. Әрбір абоненттің ақпараттық сигналын жалғыз және қайталанбайтындай шусияқты сигналға модуляциялайды, осыны бастапқы ақпараттық сигналды кеңейту деп атайды[3]. Осы жерде осындай кодтардың нұсқа сандары миллиардқа жетеді, бұл біздің планетада әрбір адамға жеке байланыс құруға болатынын айта кету керек. Әрбір абоненттің жіңішке жолақты ақпараттық сигналы желідегі тұтынушыларға бөлінген жиіліктік спектрдің барлық еніне кеңейтіледі. Қабылдағышта сигнал теңестіруші кодтың көмегімен қалпына келетін еді, нәтижесінде бастапқы ақпараттық қод қалпына келеді. Осы уақытта айтылған қабылдағышта басқа тұтынушылардың сигналдары «ақ шу» сияқты болып табылады да кеңейтілген күйінде қалып, қабылдағыштың қалыпты жұмыс істеуіне кішкене ғана кедергі келтіреді.

Бөлмедегі бір-бірімен әртүрлі тілде бірмезетте сөйлесетін көп қос адамдарды елестетейік. Олардың әрқайсысы өзінің әңгімелесіп отырған адамын ғана жақсы түсініп, басқалардың сөздері жай фон сияқты әрі әңгімеге кедергі келтірмейді. Оның үстіне активті және пассивті бөгеуілдерден қорғау жоғары деңгейде қамтамасыз етіледі, осының арқасында сигнал/шу қатынасының төменгі мәнінде (3-5 дБ-да) беріліп отырған сигналдың төменгі қуатында жұмыс істеу мүмкіндігін береді. Сонымен, бір радиожиіліктік арнада бір мезетте көп тұтынушлар тобының ақпараттық сигналдары беріледі.

Тікелей арна үшін 869-894 МГц. Тікелей және кері арна 45 МГц интервалымен ажыратылған. Пайдаланушы ақпараттары өткізу қабілеті 1,2288 Мбит/с аранға жиналған. Аранның жүктік қабілеттілігі – 9,6 кбод трафик жылдамдықты 128 телефонды байланыстар. Тікелей арнада пайдаланушының ақпараттық арнасы кодаланып, 2 есе қысылады. әрі қарай биттерді орын аустыру алгоритмі қолданылады. Содан соң ақпараттар 64-битті псевдослучайный тізбектердің біреуіне  оралады. әрбір абонентке ПСП фрагменті беріледі, сол арқылы оның ақпараты басқа абоненттерден бөлектеніп тұрады.  Кері арнада спектрді құрудың басқа алгоритмі қолданылады.  Себебі алшақ терминалдардың сигналдары базалық стансаға әртүрлі жолдармен жетеді. Кері арна үшін қателіктерге тұрақтылығы өте қажет. Кері арнаның басқа да маңызды элементі – қозғалмалы терминалдың қуат деңгейін бақылау.  Жүйеде баяу және қарқынды қуат басқару көзделген. Тез басқару бұйрықтары 800 бод жылдамдықпен тасымалданып сөйлесу фреймдеріне енгізілген. Қуатты баяу басқару жедел әрекетті терминалдарының базалық стансаға дейінгі арақашықтықты түзетуге мүмкіндік береді.

Сонымен қатар CDMA стандартында эфирде базалық стансадан жедел әрекетті стансаға берілетін ақпарат желінің барлық абоненттеріне таралады, бірақ әрбір абонент тек өзіне арналған ақпартты ғана түсіндеі. CDMA-да бұл әрекеттер тасымалданатын ақпараттың кодалануы нәтижесінде жүзеге асырылады.

TDMA (Time Division Multiple Access – арнаның кодалық  бөлінуі бар көпстанционды қатынас, яғни бірнеше абонент бір жиілікте CDMA-да секілді сөйлесе алады, бірақ  әртүрлі уақытта)-ны қолданылатын GSM стандартына қарағанда, IS-95 стандарты диапазонды тиімді пайдаланылады.

CDMA-ны кеңжолақты жүйе деп  атайды, ал эфирде жүріп жатқан  сигналдарды шуыл тәріздес деп  атайды. Кеңжолақты деп аталуы  жиіліктің кең жолағын пайдалануға  байланысты, ал шуыл тәріздес  сигнал деп аталуы-себебі эфирде бір жиілікте және бір уақытта бірнеше абонент жұмыс жасағанда сигналдар бірінің үстіне бірі жабылады, нәтижесінде шуыл секілді сигналдар пайда болады.  

Бұл жүйе бірден танымал болып кетті. Оған деген сұраныс көбейе бастады. Бұл жүйе сөйлесуді тасымалдаудың  жоғары сапасымен және байланыс сенімділігімен ерекшеленеді. Сонымен қатар, санкцияланбаған қолжеткізушіліктен қорғаныс кепілдігі маңызды рөлді атқарады.

Әртүрлі жағдайларда өткізілген зерттеулер жоғары жүктеме кезінде CDMA жүйесіндегі өткізу қабілеті аналогты жүйелердің өткізу қабілетінен 15 есе көп екенін көрсетеді. Сонымен қатар, жұмыс жасап жатқан вокодерлерге сәйкес, олар жартылай тасымалдау жылдамдығында жұмыс істейді, өткізу қабілеті тағы 1,7 есе көбееді. Қосымша секторизацияны қолдану да өткізу қабілетін көбейтеді.

Мұндай тасымалдаудың берік әдісі кезінде шақырудың жоғалуы мүмкін емес және бұл әдіс коммутациялық құрылғыға түсетін жүктемені азайтады.

Жұмыс жасап жатқан жүйеде іздеу қызметтері және ақпараттың йифрлық тасымалдануы қарастырылған. Басқару құрылымын факсимельді байланыс протоколдары қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, тасымалдау жылдамдығы одан да жоғары болуы мүмкін. CDMA әдісі негізінде жасалған портативті абоненттік станциялар (олар ұялы желілермен және УАТС-пен сәйкес)  жоғары талаптарға жауап беруі мүмкін

Қалаған жағдайда, бір аппараттың өзінен сымсыз МАТС-ға, үй ішіндегі сымсыз телефонға орталық сымсыз цифрлық телефонды аппараттарға, дербес байланыс жиілігіне және ұялы желілерге шығуға болады, МАТС-пен ISDN желісімен, ортақ қолданыста телефонды желімен интерфейстер қамтамасыз етіледі.

Басқарудың цифрлық сигналдары ақпарат тасымалдаудың бірнеше қызметтерін ұйымдастыруды мүмкіндік етеді. Оларды компания – операторлары жаңа қызметтерді енгізген кезде қосуы мүмкін. Ауыспалы жылдамдығы бар вокодер және ақпарат тасымалдау жылдамдығы әртүрлі деңгейлі қызмет көрсетулерді енгізуге мүмкін. Жүйедегі сигнал қозғалмалы станцияның орнын анықтауға мүмкіндік береді.

Сигналдың цифрлық формасы, кең жолақты жиілікте тасымалдау әрбір адресат үшін ақпараттың қозғалуы – бұл басқа жүйелерге қарағанда байланыстың жоғары құпиялығын қамтамасыз етеді. CDMA аналогты желілердегі өткізу қабілетін үш есе көбейте алады және қызмет көрсетудің жоғары сапасын қамтамасыз етеді. Антеннаның радиоқамту аймағы және сенторизация ұяшыққа байланыссыз және таржолақты жүйелерде секілді өте тығыз байланыспаған.

CDMA желісінің жалпы қолданыстағы  телефонды желісімен қосылуы.

 

 

CDMA әдісі қатынасты демультиплекстеу  үшін FDM, TDM және ALOHA-ны қолданылатын AMPS пен GSM-ге қарағанда айырықша болып келеді. CDMA әрбір стансаға тасымалдауды барлық жиілік диапазонында жүзеге асыруға мүмкіндік береді. Көпретті тасымалдау кодалау теориясы арқылы жасалады. Бұл жерде бір уақытқа сай келетін сигналдар сызықты түрде тұрады. CDMA-да әрбір бит-тайм m қысқа интервалдарға бөлінеді. Олар чип деп аталады. Әдетте, бір битке 64 немесе 128 чип қолданылады. Әрбір станцияға бірегей m-битті код сәйкес келеді (chip sequence).

Базалық қабылдап таратушы стансалардың      стансалардың сәулеті.

 

CDMA кезінде әрбір станса жиілік  диапазонының барлығын пайдаланады. Сондықтан тасымалдау жылдамдығы  секундына 1 мегачип-қа тең болады. Бір битқа 100-ден кем емес чип  сәйкес келгенде, FDM-ға қарағанда CDMA үлкен өткізу қабілеттілігін  қамтамасыз етеді. Қарапайымдылық үшін екіполярлы нотацияны енгіземіз. Онда 0-ге 1, ал 1-ге +1 сәйкес келеді. Онда 1 стансасының чип-коды -1+1-1+1-1+1-1+1 түріне ие болады. Әрбір станса бірегей чип-кодқа ие болады. Чип-кодтарды m-компонентті векторлар түрінде көрсетуге болады. Чип-кодтар жұпты ортогональды болып таңдалады (яғни, барлық бірегей чип-код қажет болмайды, мысалы,1 станциясына 01010101 чип-коды сәйкес келсе, онда 2 стансасы 10101001 чип-кодына ие болады, бірақ 10100101 чип-коды да болуы мүмкін).

Әртүрлі стансалардың сигналдары уақыт бойынша сәйкес келгенде қабылдаушы жағы сәйкес келетін компоненттерді анықтауы мүмкін.

GSM ALOHA, TDM және FDM әдістемелердің жетерліктей  күрделі комбинациясын қолданады. CDPD жалғыз кадрлерді жіберу үшін CSMA алгоритмімен толығымен мақұлданбайды. Алайда радио арналарды құрудың тағы бір түрі CDMA (Code Division Multiple Access) әдісі бар.

Жоғарыда бейнеленген FDM, TDM немесе ALOHA қатынастарын дультиплексірлеу үшін қолданатын әдістерден CDMA әдісі айтарлықтай өзгеше. CDMA әрбір станцияға әрдайым барлық жиілік диапазонда жіберуді жүзеге асыруға мүмкіндік береді. Көптеген жіберулер кодтау теориясын қолдана отырып жүзеге асырылады. Бұл жерде уақытқа байланысты сәйкес келетін сигналдар сызықты түрде жинастыру қарастырылады.   CDMA-да әрбір бит-тайм чип деп аталатын m қысқа интервалдарға бөлінеді. Әдетте, бір битке 64 немесе 128 чиптер қолданылады. Әрбір станцияға m-битті (chip sequence) әмбебапты код еңгізіледі. 1 бит жіберу үшін станция өзінің чип-кодын жіберіледі. Жеңіл болу үшін әрі қарай m=8 деп қабылдаймыз. Нольдік битті жіберу үшін бірінші модуль бойынша чип-кодтың қосымшасы жіберіледі. Басқа ешқандай кезектестік рұқсат кезектестік етілмеген. Мысалға, 1 станциясына 01010101 чип-код берілсін, онда логикалық 1-ді жіберген кезде ол 01010101 кодын жібереді, ал логикалық нольді жіберген кезде ол 10101010 кодын жібереді. Егер де 1 МГц сызықты арна және FDM-нан тұратын 100 станция бар болса, онда олардың әрқайсысы 10 КГц-тен алады. CDMA-да әрбір станциялар барлық диапазонды жиілікті қолданады, сол себепті секундына 1 мегачип жіберу жылдамдығы алынады. 100 чиптерден кем болғандағысында FDM-ге қарағанда CDMA үлкен өткізу мүкіншілігін береді. Жеңілдету үшін ноль -1, ал бір +1 болатын екі полярлық нотацияны еңгізейік. Сонда 1 станциясы -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 түрін қабылдайды. Станциялардың әрқайсысы эмбебапты чип-кодты алады. Чип-кодтарды m-компонентті векторлар түрінде көрсетуге болады. Чип-кодтар олардың барлығы қос ортогональді (кез-келген чип-код жарамды болмайды, егерде 1 станциясына 01010101 чип-коды берілген болса, онда 10101001 чип-коды жармды болса да  2 станциясының чип-коды 10101001 бола алмайды) болып таңдалынады. Мұны математикалық келесі түрде көрсетуге болады:

,

Мұнда Hi және Gi H және G чип-кодттық векторларының компоненттері.Бұл теңдік әртүрлі  компоненттердің саны тең компоненттердің санына тең болады. Егер G және H ортогональді болса , онда =0. Сондай ақ:

[1]

әртүрлі станциялардың сигналдары уақыт бойынша сәйкес келсе және қақтығысса, онда қапылдаушы тарап сәйкес компоненттердің бар екендігін оңай анықтайды. Егер компоненттер Si сигналының қосындысы болса, онда  Gi компоненттері Si*H туындысымен анықталады. Шыныда да, егер:

Мұнда бірінші екі бөлінгіш таңдалған чип-кодттың ортоганльдығына сәйкес нөлге тең. Сонғы бөлінгіш [1] сәйкес 1-ге тең. Бүкіл бұл болжамдарда барлық станциялар синхронды жұмыс істейді және чип-кодтардың берілісін бір уақытта бастайды  деп болжанған.

Методтты түсіндіру үшін жоғарыда көрсетілген нотациядан нақты мысал қарастырамыз. F, G, H, I станцияларына ортогональді чип-кодтар енгіземіз:

F=01010101 → -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 
G=10100101 → +1 -1 +1 -1 -1 +1 -1 +1 
H=10011001 → +1 -1 -1 +1 +1 -1 -1 +1 
I=11111111 → +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1

Енді қабаттасудың 4 түрін қарастырамыз:

 Жалғыз  F → S1=[-1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1] 
F+I → S2=[0 +2 0 +2 0 +2 0 +2] 
F+G+H → S3=[+1 -1 -1 +1 -1 +1 -3 +3] 
→ S4=[-1 +1 -3 +3 +1 -1 -1 +1]

G компоненттерінің  барлығын шығару үшін жоғарыда көрсетілген ережеге сәйкес көбейту операциясын орындаймыз. 

S1*G =[-1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 +1]/8=0 (G қатыспайды) 
S2*G =[0 -2 0 -2 - +2 0 +2]/8=0 (G қатыспайды) 
S3*G =[+1 +1 -1 -1 +1 +1 +3 +3]/8=1 (G-де логикалық 1 жіберілген болады) 
S4*G =[-1 -1 -3 -3 -1 -1 +1 +1]/8=-1 (G-де логикалық 0 жіберілген болады)

Тоериялық түрде бәрі жақсы көрінгенімен, чип-кодтардың өте көп мөлшерде қабаттасуы проблемалар тудырады және қатеге соқтыруы мүмкін. Мұнда қателерді дұрыстаушы кодтарды қолдану мүмкін емес және қабылдаушы әрқашан жіберушінің кім екенін біледі деп есептелінеді.

Идиалды мобильді телефон өмірдегі тұтынушылардың қолданатын телефондары. Сонымен қатар қай жерде тұрсаныз да сіздің телефондық номерініз өзгермейді. Мұндай система қазіргі таңда АҚШ-та құрастырылуда PCS (Personal Communication Services) деп аталады.Әлемнің басқа жерлерінде бұл система PCN (Personal Communications Network) атына ие. PCS ұялы телефондық желініңтехникасын қолданады. Бірақ мұнда ұяшықтың өлшемі 50-100 м аралығында жатыр (қарсы 20 км үшін AMPS). Бұл 0.25Вт тәрізді кіші қуатпен жұмыс істеуге және апарттың салмағын азайтуға жол ашады. Бірақ сондай аумақты жабдықтау үшін 40000 есе көп ұяшық қажетті және мұндай система, бір ұяшықтың бағасының арзан екенін есептегенде де, әлде қайда қымбатқа түседі. Кейбір телфондық компаниялар ескі телеграфтық столбтар жаңа системаның базалық станцияларын орнату үшін идиалды орын екенін мойындауда.  PCS системасы үшін 1,7-2,3 ГГц желілік диапазоны резервтелінген.

Қызмет көрсету(мысалға, мобильді телефон арқылы ТВ-программаларды көру) спектрлерін кеңейту қажеттілігі G3 жаңа стандарттың құрылуына әкелді. 3G өзіндік қолданушы-желі байланысы үшін интерфейсті ұсынады. 3G  технологиясы мобильді клиенттер үшін Интернет қызметіне қатынас ұйымдастырады. 3G технологиясының негізгі құрастырушысы Эрикссон компаниясы болып табылады.

Қазіргі мобильді желілер 3G технологиясын еңгізу үшін базалық болып табылады. UMTS – бұл Европалық Телекоммуникацияны Стандарттау Институттың ETSI қолдауымен құрастырылған 3G-дегі стандарттардың бірі. Ол ең көп тараған GSM мобильді байланыс технологиясы негізінде құрылған және шынында да персональді мультимедиа-байланыстығ глобальді стандарты болуына барлық перспективасы бар.