Asosiy funksiyalar
Matematik tasvir
Signal spektrini Furye transformatsiyasi orqali yozish mumkin (koeffitsientsiz ham mumkin). 1/2 p (\displaystyle 1/(\sqrt (2\pi )))) shaklida:
S (ō) = ∫ - ∞ + ∞ s (t) e - i ō t d t (\displaystyle S(\omega)=\int \limits _(-\infty )^(+\infty )s(t)e^ (-i\omega t)dt), Qayerda ō (\displaystyle \omega)- burchak chastotasi teng 2 p f (\displaystyle 2\pi f).
Signal spektri murakkab miqdor bo'lib, quyidagicha ifodalanadi: S (ō) = A (ō) e - i s (ō) (\displaystyle S(\omega)=A(\omega)e^(-i\phi (\omega)))), Qayerda A (ō) (\displaystyle A(\omega))- signalning amplituda spektri, s (ō) (\displaystyle \phi (\omega))- signalning fazali spektri.
Signal ostida bo'lsa s (t) (\displaystyle s(t)) tushunish
Ixtiro axborotni qayta ishlash sohasiga taalluqlidir va nutq signallari analizatorlarida foydalanish mumkin. Texnik natija birgalikda vaqt-chastota tahlilini ta'minlashdan iborat. Analizatorda soat generatori, Uolsh funksiyasi generatori, yuqoriga va pastga hisoblagich, registr, AND elementi, chastotani ajratuvchi va ketma-ket ulangan siljish registrlari va halqalarni almashtirish registrlari mavjud. 1 kasal.
Ixtiro asbobsozlik sohasiga taalluqlidir va analog signallar orqali diskret ortogonal Uolsh konvertatsiyasining koeffitsientlarini hisoblash uchun ishlatilishi mumkin. turli qurilmalar avtomatlashtirish, masalan, nutq signali analizatorlarida, tasvirni qayta ishlash qurilmalarida va boshqalarda Uolsh konvertatsiya koeffitsientlarini hisoblash uchun asboblar ma'lum. Ma'lum qurilmalar ortogonal Uolsh-Hadamard funktsiyalari asosida aniqlanishning chekli oraliqlarida ko'rsatilgan diskret signallarning spektral transformatsiyasini amalga oshiradilar. Uolsh transformatsiyasi koeffitsientlarini hisoblash uchun qurilmalarga, birinchi navbatda, tezlik bo'yicha eng qat'iy talablar, ular radio signallarining vaqt-chastotasini birgalikda tahlil qilish uchun foydalanilganda qo'yiladi. Amalda Uolsh funksiyalariga asoslangan raqamli spektr analizatorlari kengroq qo'llaniladi. Ular eng ko'p qirrali va ma'lumotlarni taqdim etishning eng yaxshi aniqligini ta'minlashga qodir. Bunday qurilmalardagi kirish signali cheklangan aniqlash oralig'ida aniqlanishi va amplituda va vaqt bo'yicha namuna olinishi kerak. Parchalanish bazasining, ya'ni signalni o'rnatish oralig'ining namuna olish bosqichiga nisbati hisoblangan Uolsh konvertatsiya koeffitsientlarining N sonini beradi. Uolsh universal raqamli spektr analizatorlarining umumiy kamchiligi ularning nisbatan past ishlashi hisoblanadi. Bir yoki bir nechta tegishli vazifalarni bajarishga qaratilgan ixtisoslashtirilgan qurilmalardan foydalanish orqali samaradorlikni sezilarli darajada oshirish mumkin. Analog signallar bir qutbli telegraf yoki fototelegraf signallari shaklini olgan taqdirda, analog-raqamli o'zgartirgich va spektr analizatorining funktsiyalari birlashtirilishi va yuqori tezlikda ma'lumotlarni konvertatsiya qilishning yuqori aniqligini ta'minlaydigan juda oddiy spektr analizatorini yaratishi mumkin. tezlik, qo'llaniladigan tomonidan belgilanadi element bazasi. Texnik mohiyatiga ko'ra da'vo qilingan qurilmaga eng yaqin - prototip sifatida tanlanishi mumkin bo'lgan Uolsh funktsiyalariga asoslangan spektr analizatori. Prototip Walsh funktsiyasi generatorini o'z ichiga oladi, uning har bir chiqishi mos keladigan yuqoriga/pastga hisoblagichning boshqaruv kirishiga ulangan. Teskari hisoblagichlarning umumiy soni o'zboshimchalik bilan bo'lishi mumkin va qurilma tomonidan hal qilinadigan muammoning tabiati bilan belgilanadi. Umumiy holda, yuqoriga/pastga hisoblagichlar soni ortogonal Uolsh funktsiyalarining bazis tizimining N soniga teng bo'lib, quyidagicha aniqlanadi. butun daraja ikkita son N=2 n . Har bir yuqoriga/pastga hisoblagichning chiqishi hisoblangan ma'lumotlarni saqlaydigan tegishli registrning kirishiga ulanadi. Har bir yuqoriga/pastga hisoblagichning axborot kiritishi AND elementining chiqishiga ulanadi, uning birinchi kirishi qurilmaning kirishi bo‘lib xizmat qiladi, ikkinchisi esa Uolsh funksiyasi generatorining sinxronlashtiruvchi kirishiga parallel ravishda ulanadi. taktli impuls generatorining chiqishi. Belgiga qarab i-funktsiya Uolsh, harakat qilmoqda i-chi chiqish Walsh funktsiyasi generatori, i-yuqoriga/pastga hisoblagich yig'ish yoki ayirish rejimida AND elementining chiqishidan impulslar sonini qayta hisoblab chiqadi. AND elementining chiqish signali faqat kirish signali mavjud bo'lganda amal qiladi. Shuning uchun, ishlab chiqarish jarayonida har bir yuqoriga/pastga hisoblagich to'liq tizim ortogonal funktsiyalar berilgan koddagi impulslar sonini Uolsh transformatsiyasining tegishli koeffitsientiga mutanosib bo'lgan holda hisoblaydi. Ma'lum qurilmaning kamchiligi shundaki, har bir diskret vaqt namunasi uchun barcha joriy Uolsh konvertatsiya koeffitsientlarini aniqlash zarur bo'lganda, uning yordami bilan birgalikda vaqt-chastota tahlilini o'tkazishning mumkin emasligi. Ushbu koeffitsientlarning vaqtga bog'liqligi "surma spektri" deb ataladi. Ushbu ixtironing maqsadi har bir diskret vaqt namunasi uchun barcha Uolsh konvertatsiya koeffitsientlarini bir vaqtning o'zida hisoblashni ta'minlash va shu bilan signallarning vaqt-chastotasini birgalikda tahlil qilish imkonini berishdir. Bu maqsadga ma'lum bo'lgan qurilma qo'shimcha ravishda chastota bo'luvchi va o'zaro bog'langan siljish registrini, halqa almashish registrini va ajratgichni o'z ichiga olganligi bilan erishiladi. Halqali siljish registrining chiqishi yuqoriga/pastga hisoblagichlarning kirishlariga, uning kirishlari esa Uolsh funksiyasi generatorining chiqishlari va siljish registriga ulanadi, bu esa o‘z navbatida, soat impulslari generatoriga ulanadi. bo'luvchi va to'g'ridan-to'g'ri AND elementining chiqishiga. Ajratuvchi chiqishi ham yuqoriga/pastga hisoblagichlarning kirishlariga ulangan. O'zgartirish registri N impulslarning portlashlarini to'playdi va chastota bo'luvchidan kelgan impuls ta'sirida shunday portlashni halqa almashuvi registriga beradi, undan impulslar Uolsh funksiyasi generatoridan impuls ta'sirida beriladi. mos keladigan yuqoriga/pastga hisoblagichlarga. Paketdagi impulslarning takrorlanish tezligi soat impulslarining chastotasiga mos keladi, ular Uolsh funktsiyalari qiymatlari o'zgarishi chastotasidan chastotani ajratuvchi qiymatiga bir necha marta kattaroqdir. Blok diagrammasi Taklif etilgan qurilma chizmada ko'rsatilgan. Qurilmada ketma-ket ulangan soat generatori 1, chastota ajratgich 2, AND elementi 3, Uolsh funksiyasi generatori 4, siljish registri 5, halqa siljish registri 6, N yuqoriga/pastga hisoblagich 7 va N registr 8 mavjud. qurilmaning kirishi VA elementi 3 bo'lib, uning ikkinchi kirishi chastota bo'luvchi 2 orqali taktli impulslar generatoriga 1 ulangan. Chastota bo'luvchining chiqishi ham siljish registrining 5 boshqaruv kirishiga, har birining nollash kirishiga ulangan. i-chi yuqoriga/pastga hisoblagich 7 va saqlash registrlarining boshqaruv kirishiga 8. Har bir yuqoriga/pastga hisoblagich 7 impulslar sonini hisoblash uchun mo'ljallangan. Bunday holda, har bir teskari hisoblagich o'zining teskari boshqaruv kirishida qabul qilingan signalning belgisiga muvofiq to'plash yoki ayirish uchun hisoblanadi. Har bir i-chi yuqoriga/pastga hisoblagichning 7 chiqishi mos keladigan i-chi registrning axborot kiritishiga ulangan 8. Uolsh funksiya generatori 4 N o'lchamdagi ortogonal Uolsh funksiyalarining to'liq tizimini yaratish uchun mo'ljallangan va har biri hosil qilingan funksiyasi har bir i-teskari hisoblagichning teskari boshqaruv kirishiga ulangan Uolsh funksiyasi generatorining 4 alohida chiqishiga mos keladi 7. Soat impuls generatori 1 sinxronlashtiruvchi impulslarni yaratish uchun mo'ljallangan. Uning chiqishi chastota ajratgichning 2 kirishiga, Uolsh funksiyasi generatorining boshqaruv kirishiga 4 va halqa almashuvi registrining boshqaruv kirishiga 6 ulangan. Halqa almashuvi registrining 6 axborot kiritishi 6-sonli registrining chiqishiga ulangan. siljish registri 5, va uning chiqishi har bir yuqoriga/pastga hisoblagichning axborot kiritishiga ulanadi 7. Ajratish chastotasi 2 impulslar ketma-ketligi chastotasini N marta bo'lish uchun mo'ljallangan. Qurilma quyidagicha ishlaydi. Soat generatori 1 doimiy ravishda ma'lum chastotali impulslar ketma-ketligini hosil qiladi f n . Bu impulslar ketma-ketligi bir vaqtning o'zida chastota bo'luvchi 2, halqa o'zgartirish registrining 6 va Uolsh funksiyasi generatorining 4 kirishiga beriladi. 2-blokning chastota bo'linish koeffitsienti N ga teng va N >> 1 ga teng tanlangan. f d =f n / N chastotali chastota bo'luvchi 2 chiqishi har bir teskari hisoblagichning 7 nollash kirishiga va elementning AND 3 ning birinchi kirishiga, 5-o'tish registrining boshqaruv kirishiga va 8-registrining boshqaruv kirishiga beriladi. qurilmaning kirishi VA 3 elementining ikkinchi kirishi bo'lib, uning chiqishidan kirish signaliga chastota bo'luvchi 2 dan boshqaruv pulsi ta'sir ko'rsatadigan siljish registrining 5 axborot kirishiga etkazib beriladi, bu erda impulslarning portlashlari hosil bo'ladi; keyin ular 6-sonli uzuk siljish registrining axborot kirishlariga beriladi. Halqali siljish registri teskari hisoblagichlarga 7 impulslarni taktli impulslar generatori 1 chiqishidan nazorat impulsi ta'sirida ketma-ket etkazib beradi. Shu bilan birga, Uolsh funksiyasi generatorining 4 ning i-chi chiqishidagi kuchlanish kuchlanish bilan ta'minlanadi. i raqami bilan teskari hisoblagichning teskari boshqaruvining kiritilishi, agar i-chi teskari teskari kiritishda hisoblagich 7 mantiqiy kuchlanishga ega bo'lganligi sababli, hisoblagich to'plash uchun ishlaydi, ya'ni u impulslar sonini yig'adi. hisoblash kirishiga yetib kelish. Agar teskari boshqaruv kirishida mantiqiy "0" bo'lsa, u holda 7 hisoblagich ayirish uchun ishlaydi, ya'ni hisoblash kirishiga kelgan impulslar sonini olib tashlaydi. Har bir i-qaytariladigan hisoblagichda Uolsh funktsiyalarining to'liq tizimini yaratishda 7, ga proportsional impulslar soni. i-chi komponent Uolsh spektri. Uolsh funksiyalari tizimini yaratish oxirida generator o'zining sinxronlashtiruvchi kirishida impuls hosil qiladi, u har bir yuqoriga/pastga hisoblagich 7 ko'rsatkichlarini tegishli registrga 8 qayta yozadi. Shunday qilib, har birida i-registr 8 saqlanadi raqamli kod, kirishning Uolsh spektrining i-komponentiga proportsional analog signal, o'rnatilgan hozirgi paytda smenali registrdagi vaqt 5. Yuqoriga/pastga hisoblagichlardan 7 registrga 8 ma'lumotni qayta o'rnatish bilan bir vaqtda VA 3 element orqali kirish signalining keyingi qiymati o'qiladi. Shift registrida saqlangan signal qiymatlari bo'yicha Uolsh konvertatsiya koeffitsientlarining to'liq tizimini hisoblash tsikli takrorlanadi. Shunday qilib, vaqti-vaqti bilan f d chastotasi bilan ortogonal Uolsh funktsiyalarining to'liq tizimi asosida hisoblangan kirish signalining "siljish" spektrining qiymatlari 8 registrlariga qayta o'rnatiladi. Adabiyot
1. X. Xartmut. Ketma-ket tahlil nazariyasi. - M.: Mir, 1980. 2. A.A. Alekseev, A.B. Kirilov. Signallarni texnik tahlil qilish va radio emissiyasini tan olish. - Sankt-Peterburg: Harbiy aloqa akademiyasi, 1998. Bo'lim 4. Umumlashtirilgan spektral-vaqtinchalik tahlil nazariyasi elementlari, 4.3.2. Wigner-Walsh taqsimoti, 164-209-betlar. 3. Uolsh funksiyalariga asoslangan spektr analizatori. A.S. N 640305, G 06 F 15/34, 1976. 4. Vinogradov D.G., Shabakov E.I. Uolsh funksiyalariga asoslangan spektr analizatori. A.S. SSSR N 1203536, G 06 F 15/332, 1985 yil.
IXTIRO FORMULA
Uolsh funktsiyalariga asoslangan spektr analizatori, uning chiqishi Uolsh funksiyasi generatorining sinxronlash kirishiga ulangan soat generatorini o'z ichiga oladi, i-chi Walsh funksiyasining chiqishi ulangan i-yuqoriga/pastga hisoblagichning sinxronlash kirishiga ulangan. i-registrning axborot kiritishiga, uning chiqishi chiqish i-chi analizator garmoniklari, shuningdek, birinchi kirishi analizatorning axborot kiritishi bo'lgan AND elementi, chastota bo'luvchisi va ketma-ket ulangan siljish registri va qo'shimcha ravishda chiqish orasiga ulangan halqa almashish registri kiritilganligi bilan tavsiflanadi. AND elementi va teskari hisoblagichlarning har birining hisoblash kirishi va soat generatori va AND elementining ikkinchi kirishi o'rtasida ulangan chastota bo'luvchisi, har birining boshqaruv kirishiga parallel ravishda siljish registrining boshqaruv kirishiga ulangan. yuqoriga/pastga hisoblagich va har bir registr va soat generatorining chiqishi Uolsh funksiyasi generatorining kirishiga parallel ravishda halqa siljishi registrining boshqaruv kirishiga ulanadi.Uolsh funktsiyalari - bu ortogonal tizimni tashkil etuvchi funktsiyalar oilasi bo'lib, butun ta'rif sohasi bo'ylab faqat 1 va -1 qiymatlarini oladi.
Asosan, Uolsh funktsiyalari uzluksiz shaklda ifodalanishi mumkin, lekin ko'pincha ular elementlarning diskret ketma-ketligi sifatida aniqlanadi. Uolsh funktsiyalari guruhi Hadamard matritsasini tashkil qiladi.
Walsh funktsiyalari radioaloqalarda keng qo'llaniladi, bu erda ular kod bo'linishi ko'p kirishni (CDMA) amalga oshirish uchun ishlatiladi, masalan, bunday standartlarda uyali aloqa IS-95, CDMA2000 yoki UMTS kabi.
Uolsh funktsiyalari tizimi ortonormal asos bo'lib, natijada ixtiyoriy shakldagi signallarni umumiy Furye qatoriga kengaytirish imkonini beradi.
Uolsh-Hadamard transformatsiyasi
Bu umumiy Furye konvertatsiyasining alohida holati bo'lib, uning asosi Uolsh funktsiyalari tizimidir.
Umumiy Furye qatori quyidagi formula bilan ifodalanadi:
bu erda bu bazis funktsiyalaridan biri va koeffitsientdir.
Signalning Uolsh funktsiyalariga parchalanishi quyidagi shaklga ega:
Diskret shaklda formula quyidagicha yoziladi:
Koeffitsientlarni parchalangan signalning skalyar mahsuloti va mos keladigan Uolsh funktsiyasini bajarish orqali aniqlash mumkin:
Uolsh funktsiyalarining davriy tabiatini hisobga olish kerak.
9. Interpolyatsiya: spektral talqin, 0 va 1 tartibli polinom interpolyatsiyasi uchun FIR filtrlari; polifazali strukturadan foydalanish.
Interpolyatsiya - bu raqamlar jarayoni. signalni qayta ishlash, dastlabki signaldagi vaqtinchalik va spektral o'zgarishlar bo'yicha ma'lum cheklovlar ostida x(vT')=x(vLT) signalidan pastroq namuna olish chastotasiga ega bo'lgan y(nT) signalining hosil bo'lishiga olib keladi.
DSP interpolyatsiya jarayonining uch turi mavjud:
2. Namuna olish chastotasining ortishi bilan. x(vT') diskret signalining dastlabki namunalari yo'qoladi, lekin chiqish signali y(nT) namunalari x(t) asl analog signalining namunalari sifatida qaralishi mumkin, undan asl diskret signal x(vT) ') T' oralig'i bilan tanlab olish yo'li bilan hosil bo'ladi. Bunda x(vT’) va y(nT) (va spektr) signal konvertining shakli o’zgarmaydi;
3. Namuna olish chastotasini oshirish interpolyatsiya qilingan signal shaklining o'zgarishiga olib keladi, lekin spektr moduli o'zgarmaydi.
Namuna olish oralig'i T’=LT bo'lgan D-namuna oluvchi, AI-ideal interpolator namuna olish chastotasini oshiradi. L butun soniga. AIdan keyin signalni T=T’/L tanlama oralig‘i bilan original analog signal x(t) tanlab olish natijasi sifatida ko‘rish mumkin. , chastotali xarakteristikaga ega Hph-diskret tizim.
Butun son koeffitsienti L bilan chastotalarni interpolyatsiya qilish jarayoni:
a) dastlabki analog signalning spektri. b) tanlab olish chastotasi fd bo'lgan tanlangan signalning spektri. c) tanlab olish chastotasi fd’=3fd bo‘lgan tanlab olingan signal spektri.
BU. namuna olish chastotasini oshirish jarayoni (interpolyatsiya) - spektrni b) dan c) ga aylantirish, ya'ni asl spektrning "qo'shimcha" chastota komponentlarini bostirish.
Asl signalning namuna olish tezligini oshirish to'g'ri raqam marta L namuna olish chastotasi kengaytirgichini (SFD) amalga oshiradi.
FIR filtrlari yordamida interpolyatsiya qilishda polifazali strukturadan foydalanish. Ushbu strukturaning o'ziga xosligi shundaki, yuqori namuna olish chastotasida ishlaydigan bitta filtr o'rniga past chastotada ishlaydigan bir nechta filtr qo'llaniladi. Ko'p fazali filtr - bu parallel ravishda ishlaydigan kichik filtrlar to'plami bo'lib, ularning har biri signal namunalarining faqat bir qismini qayta ishlaydi (agar jami N filtr bo'lsa, har bir filtr faqat har N-namunani qayta ishlaydi). Ko'p fazali strukturaning ekvivalent sxemasi:
0 va 1 tartibli polinom interpolyatsiyasi uchun FIR filtrlarini loyihalash.
Nolinchi tartib. Namuna olish oralig'i T bo'lgan y(nT) signalining keyingi namunasini hisoblashda, T' tanlama oralig'iga ega bo'lgan kirish interpolyatsiya qilingan signalning x(vT') faqat bitta namunasi qo'llaniladi. Namuna olish chastotasi L marta oshganda, x(vT’) signal namunasi n=vL, vL+1, …,vL+L-1 takt sikllarida L marta takrorlanadi:
y(nT)=x(vT’), n=vL, vL+1, …,vL+L-1, v=0,1,2,…
Nolinchi tartibli interpolyatsiya jarayoni quyidagi rasmda ko'rsatilgan, bu erda T3 filtr tomonidan kiritilgan kechikishdir.
Filtrni uzatish funksiyasi
Bir hil filtrni amalga oshirish:
Kirish signali x(vT’) RG registriga fd’=1/T’ chastota bilan yoziladi, y(nT) signal esa fd=Lfd’=1/T chastota bilan o’qiladi. Birinchi tartib (chiziqli interpolyatsiya). x(n)=cos(2pn∙0,125) signali berilsin. Har biri o'rtasida hisoblash ref. L-1 namunalari signalga kiritiladi (yuqori namuna olish). Yozib olingan uzatish funktsiyasi
10. Decimation: spektral izohlash, 0 va 1-tartibli polinomlarni ajratish uchun FIR filtrlari; polifazali strukturadan foydalanish decimation - bu signalning namuna olish chastotasini kamaytirish jarayoni.
Signal x(t), uning spektrining moduli a)ni ko'rib chiqaylik.
x(nT)-namuna olish oralig'i T bo'lgan namunali signal, birinchi holatda uning spektrining moduli b), ikkinchi d).
x(lambdaT)-namuna olish oralig'i bilan x(t) T’=MT.(M=2), birinchi holatda uning spektr moduli c), ikkinchi d).
1-holat. wd1 chastotasi bilan namuna olishda wd1 2Mwmax (bizning holimizda wd1 4wmax) sharti bajarildi. Signalni qayta tiklash mumkin, chunki spektr bir-biriga mos kelmaydi.
2-holat. wd2 chastotasi bilan namuna olishda wd2 2Mwmax sharti bajarilmadi. Signalni qayta tiklash mumkin emas, chunki spektr bir-biriga mos keladi.
Butun son M marta decimatsiya operatsiyasini bajarish uchun ajratiladigan x(nT) signalining namuna olish chastotasi wd wd 2Mwmax shartini qondirishi kerak.
Dekimatsiya operatsiyasi namunaviy tezlikli kompressor (SFC) yordamida amalga oshiriladi (chapdagi rasm). CCD - bu t=nMT=lambdaT' momentlarida yopiladigan kalit, ya'ni X*(nT) kirish signalidan namuna olish oralig'i T, faqat har bir M-chi namuna olinadi va x(lambdaT') signalini hosil qiladi. )= x*(lambdaMT ) namuna olish oralig'i T=MT bilan
FIR filtrlari yordamida decimatsiyada polifazali strukturadan foydalanish. Ushbu struktura M parallel ishlov berish shoxlarini o'z ichiga oladi, ularning har birida "past" (chiqish) namuna olish chastotasida ishlaydigan filtr mavjud. Decimatsiyaning ko'p fazali tuzilishini tavsiflovchi tenglama:
Bu erda M - butun son koeffitsienti,
G butun son, r=0, 1,…,M-1.
Bular. sxemaning chiqish ketma-ketligi y(lambdaT') yk(lambdaMT'), k=0,1,…,M-1 M ketma-ketliklarning yig'indisi bo'lib, ularning har biri o'z navbatida yk*( ketma-ketlikni filtrlash natijasidir. lambdaMT')=x(lambdaMT -kT) PF Hk*(zM) bilan diskret filtr va impulsli javob brk=brM+k, va k-filtrning impulsli javob namunalari M-1 namunasi orqali olingan prototip filtrining bl impulsli javob namunalaridir.
0 va 1-tartibli polinomlarni ajratish uchun FIR filtrlarini loyihalash.
Namuna olish tezligini kamaytirish sxemasi
Nolinchi tartib. Filtr sifatida bir hil filtr ishlatiladi, uning uzatish funktsiyasi:
Bir hil filtrning chastotali javobi
Filtr tartibi tanlangan shart: N=k*M.
Birinchi buyurtma. Filtr sifatida PF bilan uchburchak filtr ishlatiladi.
CDMA uyali mobil tizimi
So'nggi yillarda telekommunikatsiya texnologiyalariga o'tish tufayli sezilarli yutuqlarga erishildi raqamli ko'rinishlar kommunikatsiyalar, bu esa o'z navbatida mikroprotsessorlarning jadal rivojlanishiga asoslanadi. Buning yorqin misollaridan biri, yangi asrning kelgusi yillarida barcha boshqalarini ortda qoldirib, analoglarni siqib chiqaradigan Code Division Multiple Access (CDMA) usuliga asoslangan shovqinga o'xshash raqamli signallarga ega aloqa texnologiyasining paydo bo'lishi va tezkor tatbiq etilishidir. NMT, AMPS va boshqalar va GSM kabi raqamli texnologiyalarga jiddiy raqobatni ta'minlaydi.
Ajoyib mulk raqamli aloqa shovqinga o'xshash signallar bilan - aloqa kanalining ushlash, aralashish va tinglashdan xavfsizligi. Shuning uchun bu texnologiya dastlab AQSh harbiylari uchun ishlab chiqilgan va ishlatilgan va yaqinda Amerikaning Qualcom kompaniyasi ushbu texnologiya asosida IS-95 (CDMA one) standartini yaratdi va uni tijorat maqsadlarida foydalanishga topshirdi. Oltita kompaniya ushbu standart uchun uskunalar ishlab chiqarmoqda: Hughes Network Systems, Motorola va Samsung.
Umumiy xarakteristikalar va ishlash tamoyillari
Kod bo'linishi bilan uyali aloqa tizimlarining (CCS) ishlash printsipi quyidagi misol yordamida tushuntirilishi mumkin.
Aytaylik, siz restoranda o'tiribsiz. Har bir stolda ikki kishi bor. Bir er-xotin bir-biri bilan gaplashmoqda Ingliz, boshqasi rus tilida, uchinchisi nemis tilida va hokazo. Ma'lum bo'lishicha, restoranda hamma bir vaqtning o'zida bir xil chastota diapazonida (3 kHz dan 20 kHz gacha nutq) gaplashadi, siz esa raqibingiz bilan gaplashayotganda faqat uni tushunasiz, lekin hamma eshitasiz.
Xuddi shunday, CDMA standartida havo orqali tayanch stantsiyadan mobil stantsiyaga yoki aksincha uzatiladigan ma'lumotlar barcha tarmoq abonentlariga etib boradi, lekin har bir abonent faqat o'zi uchun mo'ljallangan ma'lumotni tushunadi, ya'ni. rus faqat rus tilini tushunadi, nemis faqat nemis tilini tushunadi va qolgan ma'lumotlar filtrlanadi. Hozirgi vaqtda muloqot tili koddir. CDMA-da bu uzatilgan ma'lumotlarni kodlash orqali tashkil etilgan, aniqrog'i, Uolsh funktsiyasi bilan ko'paytirish bloki bunga javobgardir.
TDMA (Time Division Multiple Access - kanalning vaqtga bo'linishi bilan bir nechta kirish, ya'ni bir nechta abonentlar CDMA-dagi kabi bir xil chastotada gaplashishi mumkin, ammo CDMA-dan farqli o'laroq, turli vaqtlarda) GSM standartidan farqli o'laroq, IS-95 standart chastota diapazonidan tejamkorroq foydalanadi.
CDMA keng polosali tizim deb ataladi va havo orqali uzatiladigan signallar shovqinga o'xshaydi.<150кГц), сигнал примется почти неискаженный. За счет помехоустойчивого кодирования потерянные данные система восстановит, см. рис 1, где показан полезный сигнал и помеха (СЗС - селективная помеха).
Keng polosali - chunki u keng chastota diapazonini egallaydi. Shovqinga o'xshash signallar - chunki bir vaqtning o'zida bir nechta abonentlar bir chastotada efirda bo'lsa, signallar bir-birining ustiga chiqadi (barcha bir vaqtning o'zida gaplashayotganda restorandagi shovqinni tasavvur qilishingiz mumkin).
Interferentsiyaga chidamli - chunki shovqin signali keng chastota diapazonida (1,23 MGts) paydo bo'lganda, tor diapazon (
Ammo bu GSM standartida ishlamaydi. GSM dastlab tor tarmoqli ekanligi tufayli. Amaldagi tarmoqli kengligi 200 kHz. Qualcom CDMA tizimi 800 MGts chastota diapazonida ishlashga mo'ljallangan. CDMA tizimi to'g'ridan-to'g'ri chastotalarni tarqatish usuli yordamida Uolsh funktsiyalari qonuniga muvofiq tuzilgan 64 turdagi ketma-ketliklardan foydalanishga asoslangan. Ovozli xabarlarni uzatish uchun konvertatsiya tezligi 8000 bps (kanal uchun 9600 bps) bo'lgan CELP algoritmiga ega bo'lgan nutqni o'zgartirish moslamasi tanlangan. Ishlash rejimlari 4800, 2400, 1200 bps tezlikda mumkin. CDMA kanallari konvolyutsion kodlashni qanday tezlikda ishlatadi? (dan kanallarda
tayanch stantsiya
| ) va 1/3 (mobil stantsiyadagi kanallarda), yumshoq qaror bilan Viterbi dekoderi, uzatilgan xabarlarni interleaving. | Umumiy aloqa kanalining tarmoqli kengligi 1,25 MGts ni tashkil qiladi. |
| Asosiy xususiyatlar jadvalda ko'rsatilgan. | MS uzatish chastota diapazoni |
| 824.040 – 848, 860 MGts | +/- 5*10^-8 |
| BTS uzatish chastota diapazoni | +/- 2,5*10^-6 |
| 869.040 – 893.970 MGts | BTS tashuvchisi chastotasining nisbiy beqarorligi |
|
Emissiya qilingan signal spektrining kengligi: minus 3 dB darajasida minus 40 dB darajasida |
|
| PSP M-funktsiyasining soat chastotasi | 1,2288 MGts |
| 1 operator chastotasidagi BTS kanallari soni |
1 ta uchuvchi kanal 1 ta sinxronlash kanali 7 ta shaxsiy qo'ng'iroq kanallari 55 ta aloqa kanali |
| MS kanallari soni |
1 ta kirish kanali 1 ta aloqa kanali |
|
Ma'lumot uzatish tezligi: Sinxronizatsiya kanalida Shaxsiy qo'ng'iroq va kirish kanalida Aloqa kanallarida |
9600, 4800 bps 9600, 4800, 2400, 1200 bps |
| BTS uzatish kanallarida kodlash | Konvolyutsiya kodi R=1/2, K=9 |
| MS uzatish kanallarida kodlash | Konvolyutsiya kodi R=1/3, K=9 |
| Qabul qilish uchun zarur bo'lgan ma'lumot bit energiya nisbati | 6-7 dB |
| BTS ning maksimal samarali nurlanish kuchi | 50 Vt |
| Maksimal samarali nurlanish quvvati MS | 6,3 – 1,0 Vt |
Standart turli kechikishlar bilan kelgan aks ettirilgan signallarni alohida qayta ishlash va ularni keyinchalik og'irlikda qo'shishdan foydalanadi, bu ko'p yo'l effektining salbiy ta'sirini sezilarli darajada kamaytiradi.
Har bir qabul qiluvchi kanalda nurlarni alohida qayta ishlashda tayanch stantsiyada 4 ta parallel ishlaydigan korrelyator va mobil stantsiyada 3 ta korrelyator ishlatiladi.
Parallel ishlaydigan korrelyatorlarning mavjudligi hujayradan hujayraga o'tishda yumshoq "topshirish" rejimiga imkon beradi.
Yumshoq "topshirish" rejimi mobil stantsiyani ikki yoki undan ortiq tayanch stantsiyalar tomonidan boshqarish orqali amalga oshiriladi. Asosiy uskunaning bir qismi bo'lgan transkoder ikkita bazaviy stansiyadan signallarni qabul qilish sifatini ketma-ket kadrlar bo'yicha baholaydi. Eng yaxshi freymni tanlash jarayoni natijada olingan signal uzluksiz kommutatsiya va keyinchalik "rele uzatish" da ishtirok etuvchi turli tayanch stantsiyalar tomonidan qabul qilingan kadrlarni "yopishtirish" jarayonida shakllanishi mumkinligiga olib keladi.
CDMA-da, shuningdek, AMPS standartlaridagi aloqa protokollari mantiqiy kanallardan foydalanishga asoslangan.
- CDMA-da tayanch stantsiyadan uzatish uchun kanallar oldinga (Forward), tayanch stantsiya tomonidan qabul qilish uchun - teskari (teskari) deb ataladi. IS-95 standartidagi CDMA-dagi kanal tuzilishi rasmda ko'rsatilgan:
- CDMA-dagi to'g'ridan-to'g'ri kanallar:
- Qo'ng'iroq qilish kanali - mobil stantsiyaga qo'ng'iroq qilish uchun ishlatiladi. Qo'ng'iroq signalini olgandan so'ng, mobil stansiya tayanch stansiyaga tasdiqlash signalini uzatadi, shundan so'ng ulanishni o'rnatish va aloqa kanalini tayinlash to'g'risidagi ma'lumotlar qo'ng'iroq kanali orqali mobil stantsiyaga uzatiladi. Mobil stantsiya barcha tizim ma'lumotlarini (tashuvchining chastotasi, takt chastotasi, sinxronizatsiya kanalidagi signalning kechikishi) olgandan so'ng, peyjing kanali ishlay boshlaydi.
- To'g'ridan-to'g'ri kirish kanali - ovozli xabarlar va ma'lumotlarni uzatish, shuningdek, tayanch stantsiyadan mobil stantsiyaga ma'lumotlarni boshqarish uchun mo'ljallangan.
CDMA-dagi kanallarni qaytarish:
- Kirish kanali - mobil stansiya trafik kanalidan foydalanmayotganda, mobil stansiyaga tayanch stansiyalar bilan aloqa qilish imkonini beradi. Kirish kanali qo'ng'iroqlarni o'rnatish va qo'ng'iroq kanali orqali yuborilgan xabarlarga, buyruqlar va tarmoqda ro'yxatdan o'tish so'rovlariga javob berish uchun ishlatiladi. Kirish kanallari qo'ng'iroq kanallari bilan birlashtirilgan (birlashtirilgan).
- Qaytish trafik kanali - mobil stansiyadan tayanch stantsiyaga ovozli xabarlar va boshqaruv ma'lumotlarini uzatishni ta'minlaydi.
Baza stantsiyasining uzatish kanallarining tuzilishi rasmda ko'rsatilgan:
Har bir mantiqiy kanalga boshqa Walsh kodi beriladi. Bir jismoniy kanalda jami 64 ta mantiqiy kanal bo'lishi mumkin, chunki Mantiqiy kanallar tayinlangan jami 64 ta Uolsh ketma-ketligi mavjud bo'lib, ularning har biri 64 bit uzunlikda. Barcha 64 ta kanaldan birinchi Uolsh kodi (W0) "Uchuvchi kanal" ga mos keladigan 1-kanalga, o'ttiz ikkinchi Uolsh kodi (W32) keyingi kanalga tayinlangan, keyingi 7 ta kanal ham qo'ng'iroq kanallari mos keladigan o'zlarining Walsh kodlarini (W1, W2, W3, W4, W5, W6, W7) tayinladilar, qolgan 55 ta kanal esa "To'g'ridan-to'g'ri trafik kanali" orqali ma'lumotlarni uzatish uchun mo'ljallangan.
Axborot xabari bitining belgisi o'zgartirilganda, ishlatiladigan Uolsh ketma-ketligining fazasi 180 darajaga o'zgaradi. Ushbu ketma-ketliklar o'zaro ortogonal bo'lganligi sababli, bitta tayanch stantsiyaning uzatish kanallari o'rtasida o'zaro shovqin yo'q. Baza stansiyasining uzatish kanallarida shovqin faqat bir xil radiochastota diapazonida ishlaydigan va bir xil tarmoqli kengligidan foydalanadigan, lekin boshqa tsiklik siljish bilan qo'shni tayanch stantsiyalar tomonidan yaratiladi.
Ovozli ma'lumotlar havoga yuborilgunga qadar mobil stantsiya orqali o'tish tartibi.
Keling, teskari transport kanalining strukturaviy diagrammasini batafsil ko'rib chiqaylik.
- Bu naqsh oldinga va teskari kanallarda takrorlanadi; Hozirda qaysi kanal ishlatilayotganiga qarab, ushbu sxemaning ba'zi bloklari chiqarib tashlanadi.
Nutq signali nutq kodekiga yuboriladi. - Ushbu bosqichda nutq signali raqamlashtiriladi va CELP algoritmi yordamida siqiladi.
- Keyinchalik, signal ma'lumotlar paketidagi 3 tagacha xatoni to'g'irlashi mumkin bo'lgan xatolarni tuzatuvchi kodlash blokiga o'tadi.
Keyinchalik, signal signalni ajratish blokiga kiradi.
Blok havodagi xatolar partiyalariga qarshi kurashish uchun mo'ljallangan. Xatolar ketma-ket bir necha bit ma'lumotlarning buzilishidir. - Printsip shu. Ma'lumotlar oqimi matritsaga qatorga yoziladi. Matritsa to'ldirilishi bilan biz ma'lumotni ustunlar orqali uzatishni boshlaymiz. Shunday qilib, havoda bir necha bit ma'lumotlar ketma-ket buzilganda, qabul qilinganda teskari matritsadan o'tadigan xatolar paketi bitta xatoga aylanadi.
Keyinchalik, signal kodlash blokiga kiradi (tinglashdan). - Axborot ustiga 42 bit uzunlikdagi niqob (ketma-ketlik) qo'yilgan.
Bu niqob sirdir. Efirda ma'lumotlar ruxsatsiz ushlangan taqdirda, niqobni bilmasdan signalni dekodlash mumkin emas. Barcha mumkin bo'lgan qiymatlarni sanab o'tish usuli samarali emas, chunki ... Ushbu niqobni yaratishda, barcha mumkin bo'lgan qiymatlarni takrorlashda siz 42 bit uzunlikdagi 8,7 trillion niqob yaratishingiz kerak bo'ladi. Hacker shaxsiy kompyuterdan foydalanib, har bir niqob orqali signal o'tkazib, uni audio faylga aylantiradi, keyin uni nutq uchun tan oladi.
Uolsh kodini interleaving bloki.
Raqamli ma'lumotlar oqimi Uolsh funktsiyasi tomonidan yaratilgan bitlar ketma-ketligiga ko'paytiriladi.
Signalni kodlashning ushbu bosqichida chastota spektri kengaytiriladi, ya'ni. Har bir ma'lumot biti 64 bit uzunlikdagi Uolsh funksiyasidan foydalangan holda tuzilgan ketma-ketlik bilan kodlangan. Bu. kanaldagi ma'lumotlar oqimi tezligi 64 martaga oshadi. Binobarin, signal modulyatsiyasi blokida signalni manipulyatsiya qilish tezligi oshadi, shuning uchun chastota spektri kengayadi.
Agar Z chegarasi chegara qiymatini qondirsa, u holda signal bizniki. Uolsh funktsiyalari ketma-ketligi ortogonal bo'lib, yaxshi korrelyatsiya va avtokorrelyatsiya xususiyatlariga ega, shuning uchun sizning signalingizni boshqa birovning signali bilan chalkashtirib yuborish ehtimoli 0,01% ni tashkil qiladi. - Signalni ikkita M-funksiyaga ko'paytirish uchun blok (M1 - 15 bit uzunlikdagi, M2 - 42 bit uzunlikdagi) yoki ular PSP psevdo-tasodifiy ketma-ketliklar deb ham ataladi.
Blok modulyatsiya bloki uchun signalni aralashtirish uchun mo'ljallangan. Har bir tayinlangan chastotaga boshqa M funksiyasi tayinlanadi. - Signal modulyatsiyasi bloki.
CDMA standarti PM4, OFM4 fazali modulyatsiyadan foydalanadi.
Hozirgi vaqtda CDMA uskunalari eng yangi va eng qimmat, lekin ayni paytda eng ishonchli va xavfsiz hisoblanadi.
Evropa hamjamiyati RACE tadqiqot dasturi doirasida keng polosali to'g'ridan-to'g'ri tarqaladigan spektrli signallardan (DS-CDMA) foydalangan holda kod bo'linishi printsipi asosida Universal mobil telekommunikatsiya tizimining (UMTS) variantlaridan birini yaratish bo'yicha CODIT loyihasini ishlab chiqmoqda. ).
Ko‘rib chiqish
