Аналіз систем ортогональних сигналів для побудови мобільних мереж передачі інформації з кодовим розділенням каналів
Аналізуються вихідні сигнали приймача ШПС, основою якого є обчислювач взаємомодульної функції. Обгрунтовується вибір величини бази ШПС і величин порогів для прийняття рішення про прийом відповідних двійкових послідовностей за різних рівнів шумів в радіоканалі. Аналізується вибір систем ортогональних...
Saved in:
| Date: | 2004 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2004
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6411 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Аналіз систем ортогональних сигналів для побудови мобільних мереж передачі інформації з кодовим розділенням каналів / Б.М. Шевчук, А.І. Куляс, С.В. Фраєр, О.П. Пепеляєва, Н.Й. Броварська // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2004. — № 3. — С. 95-101. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859583129518342144 |
|---|---|
| author | Шевчук, Б.М. Куляс, А.І. Фраєр, С.В. Пепеляєва, О.П. Броварська, Н.Й. |
| author_facet | Шевчук, Б.М. Куляс, А.І. Фраєр, С.В. Пепеляєва, О.П. Броварська, Н.Й. |
| citation_txt | Аналіз систем ортогональних сигналів для побудови мобільних мереж передачі інформації з кодовим розділенням каналів / Б.М. Шевчук, А.І. Куляс, С.В. Фраєр, О.П. Пепеляєва, Н.Й. Броварська // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2004. — № 3. — С. 95-101. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| description | Аналізуються вихідні сигнали приймача ШПС, основою якого є обчислювач взаємомодульної функції. Обгрунтовується вибір величини бази ШПС і величин порогів для прийняття рішення про прийом відповідних двійкових послідовностей за різних рівнів шумів в радіоканалі. Аналізується вибір систем ортогональних сигналів для організації мереж з кодовим розділенням каналів та для надійного маскування інформації в шумах радіоканалу.
|
| first_indexed | 2025-11-27T08:16:52Z |
| format | Article |
| fulltext |
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2004, № 3 95
Аналізуються вихідні сигнали при-
ймача ШПС, основою якого є об-
числювач взаємомодульної функ-
ції. Обгрунтовується вибір вели-
чини бази ШПС і величин порогів
для прийняття рішення про при-
йом відповідних двійкових послідо-
вностей за різних рівнів шумів в
радіоканалі. Аналізується вибір
систем ортогональних сигналів
для організації мереж з кодовим
розділенням каналів та для надій-
ного маскування інформації в шу-
мах радіоканалу.
Б.М. Шевчук, А.І. Куляс,
С.В. Фраєр, О.П. Пепеляєва,
Н.Й. Броварська, 2004
ÓÄÊ 681.391.082
Á.Ì. ØÅÂ×ÓÊ, À.². ÊÓËßÑ, Ñ.Â. ÔÐÀªÐ,
Î.Ï. ÏÅÏÅËߪÂÀ, Í.É. ÁÐÎÂÀÐÑÜÊÀ
ÀÍÀË²Ç ÑÈÑÒÅÌ ÎÐÒÎÃÎÍÀËÜÍÈÕ
ÑÈÃÍÀ˲ ÄËß ÏÎÁÓÄÎÂÈ
ÌÎÁ²ËÜÍÈÕ ÌÅÐÅÆ ÏÅÐÅÄÀײ
²ÍÔÎÐÌÀÖ²¯ Ç ÊÎÄÎÂÈÌ
ÐÎÇIJËÅÍÍßÌ ÊÀÍÀ˲Â
Характерна риса систем передачі інформації
з кодовим розділенням каналів (КРК) − всі
абоненти працюють в спільному спектрі час-
тот. Основою кодового розділення каналів у
процесі передачі /прийому інформації є вико-
ристання шумоподібних сигналів (ШПС),
смуга яких значно перевищує смугу частот,
необхідну для передачі повідомлень. Метод
широкосмугової передачі інформації винай-
дений К. Шенноном, який встановив зв’язок
між можливістю безпомилкової передачі ін-
формації по каналу зв’язку, що характе-
ризується заданим співвідношенням сиг-
нал/шум Pc /Pш і смугою частот F, відведеної
для передачі інформації.
За малими співвідношеннями сигнал/шум
Pc /Pш << 1, що характерно для завадостійких
систем, відома формула Шеннона C = F ⋅ log2 (1 +
+ Pc /Pш) буде мати вигляд C ≈ 1,44 ⋅ F ⋅ log2 (Pc
/Pш) [1], де C – пропускна здатність каналу
зв’яз-ку, яка відповідає швидкості передачі
ін- формації R. Відповідно, за наперед зада-
ним співвідношенням сигнал/шум швидкість
пе-редачі інформації може бути збільшеною
ті-льки розширенням смуги частот F, а якщо
величина F є незмінною, то покращення од-
ного з показників (R і Pc / Pш) досягається
шляхом погіршення іншого.
За рахунок використання ШПС з хорошими
авто- та взаємокореляційними характеристиками
Б.М. ШЕВЧУК, А.І. КУЛЯС, С.В. ФРАЄР, О.П. ПЕПЕЛЯЄВА, Н.Й. БРОВАРСЬКА
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2004, № 3 96
забезпечується кодове розділення каналів передачі інформації та оперативне
управління радіоресурсами системи зв’язку. Розширення спектра сигналу, який
підлягає передачі, призводить до зменшення спектральної густини його потуж-
ності, що дозволяє маскувати інформацію в шумах радіоефіру. Саме таким чи-
ном досягається висока скритність роботи системи зв’язку, підвищується її за-
вадостійкість і криптостійкість, а також нейтралізуються спотворення, викликані
багатопроменевим розповсюдженням радіосигналів та зменшуються завади для
функціонування інших систем зв’язку.
Прикладами сучасних систем передачі інформації з КРК є мережі мобіль-
ного зв’язку другого та третього покоління, побудовані за технологією CDMA
(Code Division Multiple Access) і WCDMA (Wideband CDMA), деякі елементи
технології CDMA використовуються в стандартах безпровідникових локальних
мереж IEEE 802.11B та в засобах ближнього радіозв’язку стандарту Blueytooth
[2, 3]. Слід також зазначити, що комбінація кодового розділення каналів разом з
часовим розділенням каналів є базою радіоінтерфейсів нових систем зв’язку
третього покоління IMT-2000 (IMT-International Mobile Telephone) та UMTS
(Universal Mobile Telecommunication Services).
Проаналізуємо роботу приймачів-передавачів ортогональних сигналів або-
нентських систем зв’язку з КРК для створення таких засобів на основі дешевих
мікроконтролерів і сигнальних процесорів та організації передачі інформації,
максимально замаскованої в шумах радіоефіру.
Найбільш простий і ефективний спосіб передачі двійкової інформації у ви-
гляді шумоподібних сигналів чи пакетів інформації полягає в розширенні спек-
тра сигналу методом прямої послідовності (direct sequence spread spectrum –
DSSS), при цьому вузькосмуговий сигнал (початкова двійкова послідовність)
перемножується на псевдовипадкову послідовність з періодом повторення T, яка
в свою чергу включає B послідовних біт тривалістю τ. Тому після обробки двій-
кової інформації кодом розширення кожному інформаційному біту відповідає
B біт шумоподібного сигналу, що підлягає передачі по каналах зв’язку, де
B = T/τ – база ШПС. База ШПС характеризує розширення спектра сигналу щодо
спектра повідомлення і може визначатися як добуток ширини спектра F на його
тривалості T [2, 4]
B = F ⋅ T = F/R .
Результативний виграш у відношенні сигнал/шум на виході приймача є
функцією відношення смуг шумоподібного й інформаційного сигналів. У ча-
совій області – це відношення швидкості передачі цифрового потоку в ра-
діоканалі до швидкості передачі інформаційного двійкового сигналу. Наприк-
лад, для стандарту IS-95 (CDMA) це відношення складає 128 разів, або 21 дБ.
Проаналізуємо роботу кореляційного приймача шумоподібних сигналів
різного типу для виявлення допустимих границь спотворення сигналів у каналі
зв’язку, за яких ще можливий прийом інформації. При цьому послідовності сиг-
налів, що підлягають передачі, формуються за схемой DSSS на основі викори-
стання операції «вилученого АБО», тобто біт даних, який дорівнює одиниці,
АНАЛІЗ СИСТЕМИ ОРТОГОНАЛЬНИХ СИГНАЛІВ ДЛЯ ПОБУДОВИ МОБІЛЬНИХ МЕРЕЖ ПЕРЕДАЧІ …
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2004, № 3 97
інвертує біти коду розширення спектра (біти ШПС), а нульовий біт даних не
змінює біти ШПС. За основу кореляційного обчислювача, який може бути ре-
алізований на базі сигнального процесора чи мікроконтролера, доцільно викори-
стати обчислювач взаємомодульної функції, яка описується виразом
( ) ∑
=
+−=
B
i
jii XSjG
1
,
де G ( j ) – відлік модульної функції при j-му зсуві відліків вхідного сигналу Xi;
j = 0, 1, …, B, …, 2B, … – значення часового зсуву; Si – i-й елемент опорного
сигналу ШПС, Bi ,1= ; B – база ШПС.
На рис. 1, 2 відображено вихідні сигнали корелятора при передачі двійкової
інформації, наприклад, 1110001010010 та при використанні ШПС у вигляді по-
слідовностей Баркера, М-послідовностей і утворюючих М-послідовностей [4, 5]
з базами В = 13, 15, 31. Для характеристики роботи корелятора за різними спів-
відношеннями сигнал/шум у каналі зв’язку використовується умовний показник
рівня шумів у радіоканалі М < В / 2, який відповідає кількості М трансформова-
них (вражених завадами) елементів ШПС. Слід зазначити, що при М ≥ В / 2 при-
йом інформації неможливий. Для рис. 1, а, б, 2, а, б М = 0 (радіоканал «чистий»,
для рис. 1, в, г М = 4 і рис. 2, в, г М = 9 (радіоканал «частково зашумлений»), а
для рис. 1, д, є М = 6 і рис. 2, д, є М = 13 (радіоканал «суттєво зашумлений»).
Аналіз вихідних сигналів корелятора показує, що внаслідок дії завад на
інтервалі T тривалості ШПС розмір основного піку функції G ( j ), зменшується
на величину M, а в залежності від характеру розподілу трансформованих еле-
ментів ШПС на інтервалі T збільшується амплітуда тих чи інших бокових ви-
кидів функції G ( j ). Величина бази ШПС розподіляється на складові B = Пш +
+ M + H, де Пш ≈ 0,5 B – поріг розпізнавання сигналу від шуму, H > 1 – величи-
на, яка характеризує якість прийому інформаційного символу. При M < (B + 1) /
4 амплітуда основного піку завжди більша за максимальну амплі-туду бокових
викидів функції G ( j ).
З метою маскування інформації в шумах радіоефіру доцільна псевдовипад-
кова зміна типу ШПС та величини його бази. При цьому прийом інформаційних
символів можливий при порогах прийняття рішення про прийом одиничного чи
нульового символів, які наближені до величини B / 2, а за величиною наближен-
ня функції G ( j ) → B / 2 у відповідних часових інтервалах на фізичному рівні
визначається якість прийому інформаційного символу або визначається місце-
знаходження того елемента пакету інформації, який, можливо, підлягає виправ-
ленню. Підвищення вірогідності прийому шумоподібних пакетів інформації до-
сягається за рахунок збільшення величини бази ШПС та використання зава-
достійкого кодування, а також за рахунок додаткових методів кодування пер-
винної інформації, які дозволяють у процесі прийому ШПС використовувати
додаткову апріорну інформацію, відому абоненту-адресату. Вибір мінімально
необхідної бази ШПС можливо вибрати адаптивно [6] у процесі встановлення
зв’язку між абонентами з урахуванням орієнтовно визначеного поточного рівня
Б.М. ШЕВЧУК, А.І. КУЛЯС, С.В. ФРАЄР, О.П. ПЕПЕЛЯЄВА, Н.Й. БРОВАРСЬКА
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2004, № 3 98
шумів у радіоканалі за величиною основного піку функції G ( j ), причому для
надійної синхронізації процесу передачі інформації B > 4M, а для завдань мас-
кування інформації в шумах ефіру B > Mдоп + Hдоп,, де Mдоп < B / 2 – допустиме
поточне значення рівня шумів в радіоканалі, Hдоп >1 – допустиме значення
якості прийому інформаційного символу.
Для розширення обсягу ансамблю ортогональних сигналів, окрім М-послі-
довностей і характерних фрагментів М-послідовностей з великими базами доці-
льно використовувати послідовності Голда, Касамі [3, 4], а також комбіновані
псевдовипадкові послідовності, утворені на основі М-послідовностей і функцій
Уолша [2, 3]. Слід зазначити, що функції Уолша володіють всіма властивостями
гармонічних функцій, проте є цифровими. Тому їх можливо використовувати як
негармонічні несучі сигнали. Якщо порівняти M-послідовності з функціями
Уолша, то за однакових періодів і баз число серій символів у функціях Уолша в
середньому в два рази більше, чим у M-послідовностях, що призводить до
збільшення енергії сигналів Уолша [1].
Кількість активних абонентів, які одночасно можуть передавати інфор-
мацію, визначається пропускною здатністю системи з КРК, яка в свою чергу за-
лежить від взаємокореляційних властивостей ортогональних сигналів та від
якості процедур прийому і передачі ШПС. За заданого степеня розширення
спектра сигналу, який чисельно дорівнює базі ШПС, кількість активних або-
нентів К визначається виразом [2]
1
/
1
/
/
0000
+≈+≈
NE
B
NE
RFK ,
де R – швидкість передачі інформації; 00 / NE – відношення енергії інформа-
ційного символу ( Е0 ) до спектральної густини шуму ( N0 ).
При цьому важливо підтримувати синхронізацію генераторів ШПС абонен-
та-відправника інформації і абонента-адресата з точністю до малої долі трива-
лості елементарного символу ШПС та забезпечити рівність середніх потужно-
стей передавачів різновіддалених абонентів, які здійснюють передачу інфор-
мації спільному абоненту.
Таким чином, на основі результатів детального аналізу роботи приймача
ШПС, пропозицій щодо вибору ортогональних сигналів, з урахуванням реко-
мендацій по зменшенню взаємокореляційних завад в каналі зв’язку можна побу-
дувати абонентські системи і термінали радіомереж з КРК, які характеризуються
простою та високою крипостійкістю і надійністю передачі інформації.
АНАЛІЗ СИСТЕМИ ОРТОГОНАЛЬНИХ СИГНАЛІВ ДЛЯ ПОБУДОВИ МОБІЛЬНИХ МЕРЕЖ ПЕРЕДАЧІ …
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2004, № 3 99
РИС. 1
Б.М. ШЕВЧУК, А.І. КУЛЯС, С.В. ФРАЄР, О.П. ПЕПЕЛЯЄВА, Н.Й. БРОВАРСЬКА
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2004, № 3 100
РИС. 2
АНАЛІЗ СИСТЕМИ ОРТОГОНАЛЬНИХ СИГНАЛІВ ДЛЯ ПОБУДОВИ МОБІЛЬНИХ МЕРЕЖ ПЕРЕДАЧІ …
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2004, № 3 101
1. Помехозащищенность радиосистем со сложными сигналами / Г.И. Тузов, В.А. Сивов,
В.И. Прытков и др. – М.: Радио и связь, 1985. – 256 с.
2. Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. – М.: Мобильные ТелеСи-
стемы-Эко-Трендз, 1997. – 240 с.
3. Столлингс В. Беспроводные линии связи и сети. – М.: Издательский дом «Вільямс»,
2003. – 640 с.
4. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. – М.: Радио и связь, 1985. –
384 с.
5. Шумоподобные сигналы в системах передачи информации / В.Б. Пестряков, В.П. Афа-
насьєв, В.Л. Гурвиц и др. – М.: Сов. Радио, 1973. – 424 с.
6. Шевчук Б.М. Шляхи підвищення ефективності функціонування комп’ютерних радіоме-
реж збору, оброблення та передачі інформації // Оброблення сигналів і зобра-жень та
розпізнавання образів: Третя Всеукр. міжнар. конф. – К.: Укр. асоціація з об-роблення
інформації та розпізнавання образів, 1996. – С. 262 – 264.
Отримано 21.07.2003
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-6411 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1817-9908 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-11-27T08:16:52Z |
| publishDate | 2004 |
| publisher | Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Шевчук, Б.М. Куляс, А.І. Фраєр, С.В. Пепеляєва, О.П. Броварська, Н.Й. 2010-03-02T11:57:48Z 2010-03-02T11:57:48Z 2004 Аналіз систем ортогональних сигналів для побудови мобільних мереж передачі інформації з кодовим розділенням каналів / Б.М. Шевчук, А.І. Куляс, С.В. Фраєр, О.П. Пепеляєва, Н.Й. Броварська // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2004. — № 3. — С. 95-101. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. 1817-9908 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6411 681.391.082 Аналізуються вихідні сигнали приймача ШПС, основою якого є обчислювач взаємомодульної функції. Обгрунтовується вибір величини бази ШПС і величин порогів для прийняття рішення про прийом відповідних двійкових послідовностей за різних рівнів шумів в радіоканалі. Аналізується вибір систем ортогональних сигналів для організації мереж з кодовим розділенням каналів та для надійного маскування інформації в шумах радіоканалу. uk Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України Аналіз систем ортогональних сигналів для побудови мобільних мереж передачі інформації з кодовим розділенням каналів Article published earlier |
| spellingShingle | Аналіз систем ортогональних сигналів для побудови мобільних мереж передачі інформації з кодовим розділенням каналів Шевчук, Б.М. Куляс, А.І. Фраєр, С.В. Пепеляєва, О.П. Броварська, Н.Й. |
| title | Аналіз систем ортогональних сигналів для побудови мобільних мереж передачі інформації з кодовим розділенням каналів |
| title_full | Аналіз систем ортогональних сигналів для побудови мобільних мереж передачі інформації з кодовим розділенням каналів |
| title_fullStr | Аналіз систем ортогональних сигналів для побудови мобільних мереж передачі інформації з кодовим розділенням каналів |
| title_full_unstemmed | Аналіз систем ортогональних сигналів для побудови мобільних мереж передачі інформації з кодовим розділенням каналів |
| title_short | Аналіз систем ортогональних сигналів для побудови мобільних мереж передачі інформації з кодовим розділенням каналів |
| title_sort | аналіз систем ортогональних сигналів для побудови мобільних мереж передачі інформації з кодовим розділенням каналів |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6411 |
| work_keys_str_mv | AT ševčukbm analízsistemortogonalʹnihsignalívdlâpobudovimobílʹnihmerežperedačíínformacíízkodovimrozdílennâmkanalív AT kulâsaí analízsistemortogonalʹnihsignalívdlâpobudovimobílʹnihmerežperedačíínformacíízkodovimrozdílennâmkanalív AT fraêrsv analízsistemortogonalʹnihsignalívdlâpobudovimobílʹnihmerežperedačíínformacíízkodovimrozdílennâmkanalív AT pepelâêvaop analízsistemortogonalʹnihsignalívdlâpobudovimobílʹnihmerežperedačíínformacíízkodovimrozdílennâmkanalív AT brovarsʹkani analízsistemortogonalʹnihsignalívdlâpobudovimobílʹnihmerežperedačíínformacíízkodovimrozdílennâmkanalív |