Digitales Glasfaser-Mehrkanal-Kommunikationssystem. Elemente eines digitalen Kommunikationssystems
In diesem Buch stellen wir die Grundprinzipien vor, die der Analyse und Synthese digitaler Kommunikationssysteme zugrunde liegen. Das Thema der digitalen Kommunikation umfasst die Übertragung von Informationen in digitaler Form von einer Quelle, die Informationen für ein oder mehrere Ziele erzeugt. Besonders wichtig für die Analyse und Synthese von Kommunikationssystemen sind die Eigenschaften physische Kanäleüber die Informationen übermittelt werden. Kanaleigenschaften beeinflussen typischerweise die Synthese der Grundbausteine eines Kommunikationssystems. Im Folgenden beschreiben wir die Elemente des Kommunikationssystems und ihre Funktionen.
1.1. ELEMENTE DIGITALER KOMMUNIKATIONSSYSTEME
Das Funktionsschema und die Hauptelemente des digitalen Kommunikationssystems sind in Abb. 1.1.1. Die Quellausgabe kann entweder Analogsignal, als Audio- oder Videosignal, oder als digitales Signal, als Ausgabe einer Druckmaschine - es ist zeitdiskret und hat eine endliche Anzahl von Ausgabewerten. In einem digitalen Kommunikationssystem werden von einer Quelle ausgegebene Nachrichten in eine Folge binärer Zeichen umgewandelt. Idealerweise können wir die Ausgabe der Nachrichtenquelle mit möglichst wenigen Binärzeichen darstellen. Mit anderen Worten, wir suchen nach einer effizienten Darstellung der Quellausgabe, die zu einer Quelle mit der geringsten oder keiner Redundanz führt. Der Prozess der effizienten Umwandlung einer Quellenausgabe – sowohl analog als auch digital – in eine Folge von binären Symbolen wird als . bezeichnet Quellcodierung oder Datenkomprimierung.
Eine Folge binärer Zeichen aus dem Quellcodierer, die wir aufrufen werden Informationsquelle, kommt an um Kanal-Encoder... Das Ziel des Kanalcodierers besteht darin, auf kontrollierte Weise eine gewisse Redundanz in den Informationsbitstrom einzuführen, die beim Empfänger verwendet werden kann, um die Auswirkungen von Rauschen und Störungen zu überwinden, die beim Übertragen eines Signals über den Kanal auftreten. Somit dient die zusätzliche Redundanz dazu, die Zuverlässigkeit der empfangenen Daten zu erhöhen und die Wiedergabetreue des empfangenen Signals zu verbessern. Tatsächlich hilft die Redundanz in der Informationssequenz dem Empfänger, die übertragene Informationssequenz zu decodieren. Eine triviale Form der Codierung einer ursprünglichen Binärsequenz besteht beispielsweise darin, jedes Binärzeichen einmal zu wiederholen, wobei eine positive ganze Zahl ist. Komplexere (nicht triviale) Codierung reduziert sich auf die Umwandlung eines Blocks von Informationssymbolen in eine einzigartige Folge von Symbolen, genannt Codewort... Die Menge an Redundanz, die bei der Codierung von Daten auf diese Weise eingeführt wird, wird durch das Verhältnis gemessen. Der Kehrwert dieses Verhältnisses heißt nämlich GeschwindigkeitCode.
Feige. 1.1.1 Grundelemente eines digitalen Kommunikationssystems
Die binäre Folge am Ausgang des Kanalcodierers wird dem digitalen Modulator zugeführt, der als Schnittstelle zum Kommunikationskanal dient. Da fast alle in der Praxis vorkommenden Kommunikationskanäle in der Lage sind, elektrische Signale (Wellenprozesse) zu übertragen, besteht die Hauptaufgabe eines digitalen Modulators darin, eine binäre Informationsfolge in ein entsprechendes Signal abzubilden. Um dieses Problem zu lösen, nehmen wir an, dass die codierte Informationssequenz jeweils ein Bit übertragen muss. bestimmte Zeit mit konstanter Bit/s-Rate. Ein digitaler Modulator kann einfach ein binäres Symbol auf ein Signal und ein binäres Symbol auf ein Signal abbilden. Auf diese Weise wird jedes Bit des Encoders separat übertragen. Wir nennen dies binäre Modulation. Alternativ kann der Modulator codierte Informationsbits gleichzeitig mit verschiedenen Signalen übertragen, 
ein Signal für jede der möglichen -Bit-Sequenzen. Wir nennen dies Positionsmodulation. Beachten Sie, dass die Informationssequenz mit Bits alle Sekunden dem Modulatoreingang zugeführt wird. Folglich wird bei fester Kanaldatenübertragungsrate für die Übertragung eines der Signale, die der Informationsfolge von Bits entsprechen, ein Zeitintervall zugeteilt, das einmal länger ist als bei einer binären Modulation.
Ein Kommunikationskanal ist ein physikalisches Medium, das verwendet wird, um ein Signal von einem Sender zu einem Empfänger zu übertragen. Bei drahtloser Kommunikation kann der Kanal Atmosphäre (freier Raum) sein. Andererseits verwenden Telefonschaltungen typischerweise eine Vielzahl von physikalischen Medien, einschließlich drahtgebundener Verbindungen, faseroptischer Kabel und drahtloser Verbindungen (wie etwa Mikrowellen-Funkverbindungen). Für jedes physikalische Medium, das zur Übertragung von Informationen verwendet wird, ist es wichtig, dass das übertragene Signal durch Mechanismen wie den Effekt des erzeugten zusätzlichen thermischen Rauschens zufälligen Verzerrungen unterliegt elektronische Geräte, die Auswirkungen industrieller Störungen (zum Beispiel Zündgeräusche von Fahrzeugen), die Auswirkungen atmosphärischer Störungen (elektrische Entladungen von Blitzen während eines Gewitters) usw.
Auf der Empfangsseite des digitalen Kommunikationssystems verarbeitet der digitale Demodulator das durch den Kanal verzerrte übertragene Signal und wandelt es in eine Zahlenfolge um, die die Schätzungen der übertragenen Daten (binär oder positionsbezogen) darstellt. Diese Zahlenfolge wird dem Kanaldecoder zugeführt, der versucht, die ursprüngliche Informationsfolge unter Verwendung der Kenntnis des Kanalcodes und der in den empfangenen Daten enthaltenen Redundanz zu rekonstruieren.
Ein Maß für die Leistung des Demodulators und Decoders ist die Frequenz, bei der Fehler in der decodierten Sequenz auftreten. Genauer gesagt ist die durchschnittliche Bitfehlerrate für die Decodiererausgangssymbole ein geeignetes Maß für die Qualität des Demodulator-Decodierers. Im Allgemeinen ist die Fehlerwahrscheinlichkeit eine Funktion der Eigenschaften des Codes, der Wellenformen, die zum Übertragen von Informationen über den Kanal verwendet werden, der Sendeleistung, der Eigenschaften des Kanals, nämlich des Rauschpegels, der Art der Störung usw. und die Verfahren der Demodulation und Decodierung. Diese Umstände und ihre Auswirkungen auf die Leistungsmerkmale des Kommunikationssystems werden in den folgenden Kapiteln ausführlich erörtert.
In der letzten Stufe, wenn eine analoge Ausgabe betrachtet wird, empfängt der Quellendecodierer die Ausgabesequenz vom Kanaldecodierer und versucht unter Verwendung der Kenntnis des auf die Übertragung angewendeten Quellencodierungsverfahrens, die ursprüngliche Quellenwellenform zu rekonstruieren. Decodierfehler und mögliche Verzerrungen im Quell-Encoder und -Decoder führen dazu, dass das Signal am Ausgang des Quell-Decoders eine Annäherung an das ursprüngliche Quellsignal ist. Die Differenz oder eine Funktion der Differenz zwischen dem ursprünglichen und dem rekonstruierten Signal ist ein Maß für die durch das digitale Kommunikationssystem eingeführte Verzerrung.
Zweck der Arbeit: Kennenlernen der funktionalen Grundeinheiten eines digitalen Kommunikationssystems zur Übertragung sowohl diskreter als auch analoger Signale. Umwandlung von Signalen in separate Blöcke des Kommunikationssystems mit unterschiedlichen Modulations- und Codierungsarten. Demonstration der Störfestigkeit des Kommunikationssystems.
Zusammenfassung der Theorie
Derzeit entwickelt sich die digitale Form der Signalübertragung weltweit: digitale Telefonie, digitales Kabelfernsehen, digitale Vermittlungs- und Übertragungssysteme, digitale Kommunikationsnetze. Die Qualität der digitalen Kommunikation ist viel höher als bei der analogen, da digitale Signale viel rauschresistenter sind: Es gibt keine Ansammlung von Rauschen, sie lassen sich leicht verarbeiten, digitale Signale können "komprimiert" werden, wodurch mehr Kanäle in einem Frequenzband organisiert werden können mit hohen Übertragungsraten und exzellenter Qualität.
Der Zweck davon Labor arbeit ist das Studium der Möglichkeiten sowie das Studium der Vor- und Nachteile digitaler Kommunikationssysteme. In Übereinstimmung mit diesem Ziel wurden folgende Aufgaben gestellt: - Untersuchung der Grundprinzipien eines digitalen Datenübertragungssystems; - das Konzept und die Struktur eines digitalen Kommunikationssystems aufzudecken; - Untersuchung der Merkmale des Aufbaus digitaler Übertragungssysteme.
Informationsübertragungssysteme
Unter Information die Gesamtheit der Informationen über Ereignisse, Phänomene oder Objekte verstehen. Um Informationen zu übertragen oder zu speichern, werden verschiedene Zeichen (Symbole) verwendet, um Informationen in irgendeiner Form auszudrücken (darzustellen). Diese Zeichen können Wörter und Sätze in der menschlichen Sprache, Gesten und Zeichnungen, eine Wellenform, mathematische Zeichen usw. sein.
Der Satz von Zeichen, der diese oder jene Information enthält, heißt Botschaft. Bei der Telegrafenübertragung ist die Nachricht also der Text des Telegramms, das eine Folge einzelner Zeichen ist - Buchstaben und Zahlen. Beim Telefonieren ist eine Nachricht eine kontinuierliche Änderung des Schalldrucks im Laufe der Zeit, die nicht nur den Inhalt, sondern auch Intonation, Klangfarbe, Rhythmus und andere Eigenschaften der Sprache widerspiegelt. Bei der Übertragung eines bewegten Bildes in Fernsehsystemen ist eine Nachricht eine zeitliche Änderung der Helligkeit von Bildelementen. Weitergabe von Nachrichten, d.h. Informationen werden mit einem beliebigen materiellen Medium (Papier, Magnetband usw.) oder einem physikalischen Verfahren (Schall oder elektromagnetische Wellen, Strom usw.) durchgeführt.
Der physikalische Prozess, der die übertragene Nachricht anzeigt (trägt), heißt Signal. Die physikalische Größe, die ein solches Signal bestimmt, ist Strom oder Spannung. Signale werden gebildet, indem bestimmte Parameter des physikalischen Mediums gemäß dem Gesetz der übertragenen Nachrichten geändert werden. Dieser Vorgang (Ändern der Parameter des Mediums) wird normalerweise als Modulation.
Die Hauptmerkmale des Signals sind die Dauer des Signals T c, sein Dynamikbereich D c und die Breite des Spektrums F c. Signaldauer T c ist sein natürlicher Parameter, der das Zeitintervall bestimmt, in dem das Signal existiert. Dynamikbereich ist das Verhältnis der höchsten momentanen Signalleistung zur niedrigsten Leistung, die für eine gegebene Übertragungsqualität von Null unterschieden werden muss. Es wird normalerweise in Dezibel ausgedrückt. Signalspektrumsbreite F c- Dieser Parameter gibt eine Vorstellung von der Änderungsrate des Signals innerhalb des Intervalls seiner Existenz. Das Spektrum des Signals kann im Prinzip unbegrenzt sein. Sie können jedoch für jedes Signal den Frequenzbereich angeben, in dem seine Hauptenergie konzentriert ist. Dieser Bereich bestimmt die Breite des Signalspektrums. Sie können auch ein allgemeineres und visuelles Merkmal eingeben - die Lautstärke des Signals:
Vc = Tc Dc Fc (1.1.)
Signallautstärke Vc gibt eine allgemeine Vorstellung von den Fähigkeiten des Signals als Träger von Nachrichten, d.h. je größer die Lautstärke des Signals ist, desto mehr Informationen können in diesem Signal platziert werden und desto schwieriger ist es, ein solches Signal über den Kommunikationskanal zu übertragen.
Quelle
Mitteilungen
Abbildung 1.1 Vereinfachtes Diagramm eines Kommunikationssystems
Digitales Übertragungssystem(DSP) wird eine Reihe von technischen Mitteln genannt, die zur Bildung von Standards bestimmt sind digitale Kanäle und Pfade und einen linearen Pfad, der die Übertragung digitaler Telekommunikationssignale bereitstellt.
Digitale Signal-Telekommunikation oder nur ein digitales Signal, wird als Telekommunikationssignal bezeichnet, dessen Parameter durch eine endliche Menge möglicher diskreter Werte gekennzeichnet und durch eine diskrete Zeitfunktion beschrieben werden. Der Übergang von einem möglichen Wert zu einem anderen erfolgt abrupt zu genau definierten Zeitpunkten, deren Intervalle gleich oder ein Vielfaches des ausgewählten Einheitszeitintervalls - der Abtastperiode Td - sind.
"Physiologie" und "Anatomie" der digitalen Kommunikation des GSM-Standards
In den letzten zwei Jahrzehnten wurden weltweit intensiv mobile Kommunikationssysteme entwickelt, die nicht nur sehr komfortabel, sondern in vielen Fällen einfach zu einer unverzichtbaren Art von Dienst geworden sind. Zellulare Funkkommunikationssysteme waren weit verbreitet, deren Entwicklung eine bedeutende wissenschaftliche und technische Errungenschaft der 80-90er Jahre war. Diese Systeme erfordern aufgrund der räumlichen Diversität von Co-Frequenz-Transceivern ein begrenztes Spektrum von Funkfrequenzen. Die ersten solchen öffentlichen Mobilkommunikationssysteme erschienen Ende der 1970er Jahre im Ausland, und seitdem hat die Nachfrage nach ihnen die Nachfrage nach anderen Kommunikationsdiensten deutlich übertroffen. Mitte der 80er Jahre wurden analoge Systeme Mobilfunkkommunikation(ACS - Analog Communication System), das die erste Generation solcher Systeme wurde, werden in einer Reihe von Ländern weit verbreitet verwendet. Eine Analyse der schwerwiegenden Mängel analoger Systeme (insbesondere die Inkompatibilität verschiedener Standards, eine unzureichend hohe Kommunikationsqualität und ihre Abhängigkeit von der Entfernung eines Mobilfunkteilnehmers aus dem Basisstation, Schwierigkeiten bei der Verschlüsselung der übertragenen Nachrichten und eine Reihe anderer) zeigten Ende der 80er Jahre, dass sie nur auf der Grundlage der digitalen Technologie überwunden werden können.
Der analoge Standard für den skandinavischen Mobilfunk (NMT-450 - Nordic Mobile Telephone) verwendet den Frequenzbereich 453 - 468 MHz. In diesem Fall wird ein im Vergleich zu anderen Standards viel größerer Dienstbereich einer Basisstation und dementsprechend geringere Kosten sowie eine geringe Signaldämpfung im offenen Raum bereitgestellt. Die Möglichkeit, bei günstigen Wetterbedingungen auch außerhalb des garantierten Abdeckungsbereichs Kommunikation in einer Entfernung von mehreren zehn Kilometern von der Basisstation zu nutzen, wenn der Teilnehmer hocheffiziente Richtantennen und Verstärker anschließen kann, ist für große Gebiete mit geringer Bevölkerungsdichte von großem Vorteil . Rückseite Medaille ist eine schwache Störfestigkeit, da in diesem Frequenzbereich der Pegel verschiedener Arten von Störungen und deren Auswirkungen höher sind als in den 800-, 900- und 1800-MHz-Bändern (besonders auffällig in Großstädten, in denen das Industrienetz entwickelt ist) und weniger als in digitalen Kommunikationssystemstandards (DCS - Digital Communication System), die Fähigkeit, eine breite Palette von Bedienung... Dieser Standard ist unter anderem absolut nicht abhörsicher, da sein Frequenzband typisch für den Empfang eines Ultrakurzwellenempfängers der entsprechenden Reichweite ist. Als Krönung sei noch angemerkt, dass analoge Standards durch digitale ersetzt werden sollen – zum Beispiel NMT-450 für GSM-400.
Der analoge Standard AMPS (Advanced Mobile Phone Service) mit einem Betriebsfrequenzbereich von 825 - 890 MHz zeichnet sich durch höhere Netzkapazität als der NMT-450 und zuverlässigere Kommunikation in Räumen, geringe Anfälligkeit gegenüber industriellen und atmosphärischen Störungen aus. Ein kleinerer Abdeckungsbereich für eine Basisstation zwingt die Betreiber jedoch, sie näher beieinander zu platzieren. Unter Berücksichtigung dieser Nachteile wurde der digital Enhanced DAMPS Standard entwickelt.
Der digitale Standard DAMPS (Digital Advanced Mobile Phone Service) mit einem Betriebsfrequenzbereich von 825 - 890 MHz hat eine deutlich höhere Netzkapazität als NMT-450 und AMPS. Die Fähigkeit, mobile Geräte sowohl digital als auch analog zu betreiben, eine breite Palette von Diensten sowie die Kapazität von Mobilfunknetzen, die in diesem Standard arbeiten, sind geringer als bei volldigitalen Systemen, aber immer noch deutlich höher als bei analogen. Tritt beim Roaming ein Teilnehmer aus dem analogen AMPS-Netz in das digitale - DAMPS ein, wird er zugewiesen analoge Kanäle In diesem Fall stehen jedoch die Vorteile der digitalen Kommunikation nicht zur Verfügung.
Digitale zellulare Netze sind die zweite Generation solcher Mobilkommunikationssysteme geworden. Der Übergang zur Technologie der zweiten Generation ermöglichte den Einsatz einer Reihe neuer Lösungen, darunter effizientere Frequenzwiederverwendungsmodelle, zeitliche Aufteilung der Kanäle untereinander, zeitliche Trennung von Sende- und Empfangsvorgängen bei der Duplexkommunikation, wirksame Methoden zur Bekämpfung von Signalschwund und -verzerrung , effektive Low-Speed-Sprachcodecs mit Verschlüsselung der übertragenen Nachrichten für codierte Übertragung, effizientere Modulationsverfahren und Serviceintegration Telefonanschluss mit Datenübertragung und anderen mobilen Diensten.
Das Hauptmerkmal der Digitaltechnologie ist jedoch die Softwaresteuerung vieler Prozesse, einschließlich der Bildung von logischen Kanälen, der Umschaltung eines Mobilfunkteilnehmers zwischen Zellen, der Organisation moderner Kommunikationsprotokolle auf der Grundlage eines Referenzmodells der Verbindung. offene Systeme(MOSC - Open System Communication Model) der International Organization for Standardization (ISO - International Standards Organization) sowie Smart Grid Management. Diese Vorteile bestimmten in den 90er Jahren die Weiterentwicklung von Mobilfunksystemen auf Basis der Digitaltechnik.
Es gibt mehrere Standards für digitale Kommunikationssysteme: European GSM (Global System for Mobile Communications), American ADS (American Digital System), traditionell in den USA verwendet PCS (Personal Communications Service), Englisch (DCS - Digital Cellular System) DCS-1800 , das ein direktes Analogon von GSM-1800 ist, und das japanische JDS (Japan Digital System). In den GUS-Staaten wird der GSM-Standard weiter verbreitet. Dieser Standard, der den Betrieb in öffentlichen Funknetzen definiert, hat sich in Europa verbreitet, aber die USA haben den PCS-1900-Standard übernommen, der auf seine Inkompatibilität mit dem europäischen aufgrund der unterschiedlichen für die Kommunikation verwendeten Funkfrequenzen hinweist. Insbesondere das Europäische Institut für Telekommunikationsnormen (ETSI) hat die wichtigsten Bestimmungen der derzeit in Europa geltenden Mobilfunkstandards standardisiert und definiert.
Für den Betrieb öffentlicher Mobilfunksysteme in den meisten GUS-Staaten Frequenzbereiche: 450MHz - für analoges NMT-450i-System und 900MHz - für GSM-Systeme. Diese beiden Normensysteme NMT-450i und GSM-900 erhielten Bundesstatus. Die Weiterentwicklung von Mobilfunksystemen ist sowohl mit der Entwicklung des 1800-MHz-Bereichs für das GSM-System als auch mit dem Übergang zur dritten Generation von Mobilfunksystemen verbunden, die flexiblere Lösungen für die Probleme der Bereitstellung von Kanälen für Mobilfunkteilnehmer (einschließlich verschiedene GeschwindigkeitenÜbertragung) aufgrund von Breitbandübertragungssystemen und Mehrfach-Codemultiplex (CDMA - Code Division Multiple Access).
Bei Systemen der ersten und zweiten Generation mit mehrfacher Frequenz- (FDMA - Frequency Division Multiple Access) und Zeit- (TDMA - Time Division Multiple Access) Kanalaufteilung wird die Qualität der Kommunikation durch die Anzahl der bereitgestellten Kanäle und die Last bestimmt, die begrenzt durch das Bündel verfügbarer Kanäle, und wenn alle belegt sind, wird der Teilnehmer abgewiesen. In einem Codeteilungssystem wird jedoch der Interferenz eine Einschränkung auferlegt. Obwohl es eine begrenzte Anzahl von Codes sowie eine feste Anzahl von Kanalisierungshardware gibt, werden diese Beschränkungen normalerweise nicht erfüllt. Die eigentliche Bandbreitenbegrenzung ergibt sich daraus, dass alle Verbindungen, die gleichzeitig das gesamte zugeteilte Frequenzspektrum nutzen, sich gegenseitig stören können. Somit wird eine "weiche" Steuerung erreicht. Durchsatz in dem Sinne, dass eine Zunahme der Benutzerzahl (über eine bestimmte Grenze) mit einer allmählichen Verschlechterung der Kommunikationsqualität einhergeht.
Inhaber des Patents RU 2454793:
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Sendens und Empfangens von digitalen Signalen. Das technische Ergebnis besteht darin, die Qualität der Sprachrekonstruktion zu verbessern, indem der Pegel des Quantisierungsrauschens um 6 dB verringert wird, indem die Anzahl der Bits für die Übertragung des Referenzmoduls um eine Einheit erhöht wird. In einem digitalen Kommunikationssystem wird das Vorzeichen der Samples nicht übertragen und anstelle von 7 werden alle 8 Bits des Codeworts verwendet, um die Sample-Einheit zu übertragen, was das Quantisierungsrauschen um 6 dB reduziert und dadurch die Sprachqualität beim Empfangen verbessert Seite. Auf der Sendeseite wurde ein Einweggleichrichter eingeführt, der nur positive Messwerte zum Ausgang durchlässt, und auf der Empfangsseite - eine Reduzierung der negativen Messwerte. 2 krank.
Die Erfindung betrifft das Gebiet des Sendens und Empfangens von digitalen Signalen, die in verschiedenen Quellen beschrieben sind, zum Beispiel:
1. Shmytinsky V. V., Kotov V. K., Zdorovtsov I. A.
Digitale Informationsübertragungssysteme im Schienenverkehr. - M.: Verkehr, 1995.
2. Tyurin V.L. Multichannel-Kommunikation im Schienenverkehr. - M.: Verkehr, 1992.
3. Neiman V. I. Systeme und Netze der Datenübertragung im Schienenverkehr. - M.: Strecke, 2005. - S.127-132.
In technischer Hinsicht kommt der Erfindung das in der ersten Quelle beschriebene digitale System PCM-30 am nächsten, das aus diesem Grund als sein Prototyp angesehen wird. In anderen Quellen werden Analoga der Erfindung beschrieben.
Der Prototyp-Encoder auf der Sendeseite besteht aus einem Steuergerät und einem in Reihe geschalteten Komparator, einem digitalen Register, einem Steuersignalumsetzer, einem FES-Schaltgerät, zwei Referenzsignalgeneratoren (FES), deren Ausgang mit dem zweiter Eingang des Komparators, dessen erster Eingang ein analoges Abtastsprachsignal (PC) empfängt. Die Steuereinrichtung ist mit ihrem Ausgang mit dem Steuereingang des Komparators und dem digitalen Register verbunden, das die Ausgangseinheit des Encoders ist. Der Encoder arbeitet nach dem Wägeverfahren, für das 11 Segmentnormale verwendet werden. Es kombiniert Codierung mit Signalquantisierung und Kompandierung. Die nichtlineare Quantisierungskennlinie ist quasi-logarithmisch, die durch Ersetzen einer glatten logarithmischen Kurve durch eine unterbrochene Linie aus 8 geraden Liniensegmenten im positiven und negativen Bereich erhalten wird, die jeweils mit zwei Punkten der glatten Kurve verbunden sind. Die Dauer jedes nachfolgenden Segments, beginnend mit dem 3., wird im Vergleich zum vorherigen verdoppelt. Es gibt keine Kompression innerhalb jedes Segments. Jeder PC-Referenzpegel wird digital durch 8 Bits (Bits) dargestellt, die als Codewort bezeichnet werden. Das erste Bit trägt Informationen über das Vorzeichen des Samples, die Bits 2 bis 4 bestimmen die Segmentnummer, innerhalb derer sich die Amplitude des Eingangssample befindet, und die restlichen Bits 5 bis 8 bestimmen das lineare Quantisierungsintervall innerhalb dieses Segments. Der Aufbau des PCM-30-Decoders auf der Empfangsseite entspricht dem Aufbau des Encoders, außer dass:
Anstelle eines Komparators mit seinen Anschlüssen wird ein Differenzverstärker verwendet, an dessen einem Eingang der Ausgang eines FES und an dem anderen Eingang der Ausgang eines anderen FES angeschlossen ist;
Es gibt keine Steuereinheit;
Das digitale Signal geht zum Eingang des digitalen Registers und das Ausgangssignal wird vom Ausgang des Differenzverstärkers abgenommen.
Es ist ersichtlich, dass der PCM-30-Codierer und -Decodierer komplex sind und das PC-Zählmodul von 7 Bits und nicht von 8 bestimmt wird, bei denen die Qualität der rekonstruierten Sprache den Anforderungen der kommerziellen Telefonie entspricht. Bei 7 Bit ist das Quantisierungsrauschen 6 dB höher als bei 8 Bit.
Der Hauptnachteil des Prototyps ist der um 6 dB erhöhte Quantisierungsrauschpegel im Vergleich zum erforderlichen.
Das technische Ergebnis der Erfindung besteht darin, die Qualität der rekonstruierten Sprache zu verbessern, indem der Pegel des Quantisierungsrauschens um 6 dB verringert wird, was erreicht wird, indem die Anzahl der Bits für die Übertragung des Referenzmoduls um eine Einheit erhöht wird.
Das Wesen der Erfindung liegt darin, dass in einem digitalen Kommunikationssystem, bestehend auf der Sendeseite einer analogen Sprachsignalquelle (PC), einem Zeitabtaster, einem Abtastpegelkompressor, einem Abtastexpander, einem digitalen Kodierer, einem parallelen zum seriellen Codewandler, einem Impulsverstärker, einer Kommunikationsleitung, sowie von einem Impulsgenerator, einem Impulsverzögerungsblock, einem Taktimpulsgenerator, und der Impulsgenerator ist mit seinem Ausgang an den Hochfrequenz-(HF)-Eingang angeschlossen des Samplers direkt und an den zweiten Eingang des Sample-Expanders - über den Zeitverzögerungsblock, und der Ausgang des Taktgenerators ist direkt mit dem Takteingang des Codewandlers verbunden, und auf der Empfangsseite - vom Empfängerimpulsverstärker , Impulsregenerator, Seriell-Parallel-Wandler, Digital-Decoder, Sample-Expander, Tiefpassfilter in Reihe zur Kommunikationsleitung geschaltet, zusätzlich vorne eingeführt introduced Auf der anderen Seite ein Einweggleichrichter mit aktiver Last, über den der Ausgang des PC-Samplers mit dem Kompressoreingang verbunden ist, und auf der Empfangsseite ein Sample Envelope Filter, ein Wandler von unipolaren in bipolare Pulse, einen Zeitabtaster mit einem an seinem zweiten Eingang angeschlossenen Impulsgenerator, der in Reihe mit dem Expanderausgang geschaltet ist, einem Zeitintegrator, an dessen Ausgang ein Tiefpassfilter angeschlossen ist.
Ein wesentlicher Unterschied der Erfindung besteht darin, dass nur positive Abtastwerte übertragen werden, und negative Abtastwerte werden auf der Empfangsseite wiederhergestellt. Dadurch war es möglich, das Zählzeichen nicht zu übertragen, sondern mit seinem Bit positive Zählerstände zu übertragen. In diesem Fall beträgt das Codewort nicht 7, wie im Prototyp, sondern 8 Bit, weshalb das Quantisierungsrauschen um 6 dB reduziert wird. Die eingeführten Elemente setzen das Gesagte um.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild des vorgeschlagenen digitalen Kommunikationssystems und Fig. 2 - Zeitdiagramme, die seinen Betrieb erläutern. Abbildung 1 bezeichnet: 1 - eine Quelle eines analogen Sprachsignals (PC), 2 - ein PC-Zeitabtaster, 3 - ein Impulsgenerator, 4 - ein Einweggleichrichter mit aktiver Last, 5 - ein Sample-Level-Kompressor, 6 - ein Abtastdauer-Expander, 7 - Impulszeitverzögerungseinheit, 8 - digitaler Auslesecodierer, 9 - Parallel-Seriell-Code-Umsetzer, 10 - Taktgenerator, 11 - digitaler Signalimpulsverstärker (DS), 12 - Kommunikationsleitung, 13 - Impulsverstärker, 14 - Impulsregenerator, 15 - Seriell-Parallel-Codewandler, 16 - DS-Decoder, 17 - Expander, 18 - Hüllkurvenfilter, 19 - Block zur Eliminierung der konstanten Komponente des Signals, 20 - Zeitabtaster, 21 - Abtastimpulsgenerator, 22 - Impulsamplitudenbegrenzerverstärker, 23 - Zeitintegrator, 24 - Tiefpassfilter (LPF). Eingegebene Elemente sind mit einer gestrichelten Linie eingekreist.
Der Betrieb der Schaltung des vorgeschlagenen digitalen Systems ist wie folgt.
Auf der Sendeseite kommt das Sprachsignal aus Block 1 mit niedriger Frequenz an. Sampler-Eingang 2, auf v.ch. dessen Eingang Impulse kurzer Dauer vom Generator 3 geliefert werden. Die Wiederholungsrate dieser Impulse wird durch das Kotelnikov-Theorem bestimmt und beträgt 8 kHz. Vom Ausgang des Blocks 2 werden bipolare Messwerte dem Eingang eines Einweggleichrichters 4 mit aktiver Last zugeführt, der nur positive Messwerte an seinen Ausgang weiterleitet. Diese Abtastwerte werden im Block 5 pegelkomprimiert, wonach sie dem Eingang des Abtastwertexpanders zugeführt werden, dessen anderen Eingang Impulse vom Generator 3 über den Block 7 der Zeitverzögerung für die Dauer τ zugeführt werden. Am Ausgang des Blocks liegen rechteckige Samples unterschiedlicher Amplitude, aber gleicher Dauer τ, die dem Eingang des Encoders 8 zugeführt werden. Hier wird die Sample-Amplitude in ein digitales 8-Bit-Parallel-Code-Signal umgewandelt, das wird einem Eingang des parallelen Code-Seriell-Wandlers 9 zugeführt. Taktimpulse vom Generator 10 werden dem zweiten Eingang von Block 9 zugeführt. Vom Ausgang von Block 9 wird der DS des seriellen Codes über den Verstärker 11 der Kommunikationsleitung 12 zugeführt. Auf der Empfangsseite des DS wird es wird von der Kommunikationsleitung über den Pulsverstärker 13, den Pulsgenerator 14 dem Informationseingang des seriellen Wandlers 15 parallel Code zugeführt, an dessen Takteingang Pulse vom Block 14 empfangen werden Decoder 16, an dessen Ausgang sich PC-Abtastwerte befinden. Diese Abtastwerte werden im Expander 17 pegelmäßig expandiert, wodurch die Kompression im Kompressor auf der Sendeseite kompensiert wird, und dann dem Reduzierer der negativen Impulse zugeführt, die auf der Sendeseite durch den Gleichrichter 4 ausgeschlossen wurden. Der erste Block des Reduktionsmittel, durch die gestrichelte Linie eingekreist, ist das Abtasthüllkurvenfilter 18, an dessen Ausgang unipolare n.ch. Impulse wie in 2 gezeigt. Block 19, ein großer Kondensator, entfernt die Gleichstromkomponente dieser Impulse, weshalb sie von unipolar in bipolar umgewandelt werden, wie in Abbildung 2 mit der gestrichelten Linie gezeigt. Diese bipolaren Impulse werden der Niederfrequenz zugeführt. Abtasteingang 20, auf v.ch. dessen Eingang Impulse vom Generator 21 mit der gleichen Frequenz wie aus Block 3 empfängt. Im Block 20 werden negative Impulse wiederhergestellt, die nach Verstärkung und Begrenzung der Amplitude im Block 22, wie in Fig. 2 gezeigt, zugeführt werden den Eingang des Integrators 23 zeitlich. Es rekonstruiert den PC mit einer gestuften Hüllkurve, die im LPF 24, dem Ausgangsblock des Empfängers, in eine glatte umgewandelt wird.
Der technische und wirtschaftliche Effekt der Erfindung besteht darin, die Qualität der rekonstruierten Sprache am Ausgang des Empfängers zu verbessern, indem das Quantisierungsrauschen um 6 dB reduziert wird, was durch Eliminieren der Übertragung negativer Abtastwerte und Erhöhen der Länge des Codeworts erreicht wird einzeln. Das Vorstehende wird durch die eingeführten Elemente realisiert.
Digitales Kommunikationssystem, bestehend auf der Sendeseite aus einer seriell angeschlossenen Quelle eines analogen Sprachsignals (PC), einem Zeitabtaster, einem Signalpegelkompressor, einem Abtastdauer-Expander, einem digitalen Encoder, einem Parallel-Seriell-Umsetzer, einem Verstärker, eine Kommunikationsleitung, sowie ein Impulsgenerator, ein Block zur zeitlichen Verzögerung von Impulsen, ein Taktgenerator, und der Impulsgenerator ist mit seinem Ausgang direkt an den Hochfrequenzeingang des Abtasters und an den zweiten Eingang angeschlossen des Expanders der Dauer von Abtastwerten durch einen Zeitverzögerungsblock, und der Ausgang des Taktgenerators ist direkt mit dem Takteingang des Codewandlers verbunden und auf der Empfangsseite - von einem Pulsverstärker, einem Pulsregenerator, a Seriell-Parallel-Wandler, ein digitaler Decoder, ein Signalpegel-Expander, ein Tiefpassfilter (LPF), der in Reihe mit der Kommunikationsleitung geschaltet ist, Auf der Sendeseite wurde ein Einweggleichrichter mit aktiver Last eingebaut, über den der Ausgang des PC-Samplers mit dem Kompressoreingang verbunden wurde, und auf der Empfangsseite wurde zusätzlich ein Sample-Hüllkurvenfilter in Reihe zum Expander-Ausgang eingebaut , einen Umsetzer von unipolaren in bipolare Pulse, einen Zeitabtaster mit einem an seinem zweiten Eingang angeschlossenen Pulsgenerator, einen Zeitintegrator, an dessen Ausgang ein Tiefpassfilter angeschlossen ist, der die Ausgangseinheit des Empfängers ist.
Ähnliche Patente:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Übertragen von Steuerinformationen in einem System a Kabellose Kommunikation unter Verwendung von Paritätsprüfcode mit niedriger Dichte (LDPC).
mobile digitale kommunikation
Schauen wir uns also zunächst an, wie ein Anruf über . getätigt wird Handy... Sobald der Benutzer die Nummer wählt, beginnt das Mobilteil (HS - Hand Set) mit der Suche nach der nächstgelegenen Basisstation (BS - Basisstation) - dem Transceiver, der Steuer- und Kommunikationsausrüstung, aus der das Netzwerk besteht. Es enthält einen Basisstationscontroller (BSC - Base Station Controller) und mehrere Repeater (BTS - Base Transceiver Station). Die Basisstationen werden vom Mobile Switching Center (MSC - Mobile Service Center) gesteuert. Dank der zellularen Struktur decken die Repeater den Bereich mit einem zuverlässigen Empfangsbereich in einem oder mehreren Funkkanälen mit einem zusätzlichen Servicekanal ab, über den die Synchronisation erfolgt. Genauer gesagt wird das Kommunikationsprotokoll von Gerät und Basisstation analog zum Verfahren der Modemsynchronisation (Handshacking) ausgehandelt, bei dem sich die Geräte auf Übertragungsrate, Kanal etc. einigen. Wenn das Mobilgerät eine Basisstation findet und eine Synchronisation auftritt, erzeugt der Basisstationscontroller über das Festnetz einen Vollduplexkanal zur Mobilvermittlungsstelle. Das Zentrum überträgt Informationen über das mobile Endgerät an vier Register: Besucherregister mobiler Teilnehmer oder "Gäste" (VLR - Visitor Layer Register), "Home" Register lokaler mobiler Teilnehmer (HRL - Home Register Layer), Teilnehmer- oder Authentifizierungsregister ( AUC - AUThentiCator) und ein Equipment Identification Register (EIR). Diese Informationen sind einzigartig und befinden sich in einer mikroelektronischen Telefonkarte oder einem Modul aus Kunststoff (SIM - Subscriber Identity Module), das verwendet wird, um die Berechtigung des Teilnehmers und die Abrechnung zu überprüfen. Im Gegensatz zu Festnetztelefonen, deren Nutzung abhängig von der über einen Festnetzanschluss empfangenen Auslastung (Anzahl belegter Kanäle) abgerechnet wird, wird der Mobilfunkanschluss nicht vom verwendeten Telefongerät, sondern von der SIM-Karte abgerechnet, die in ein beliebiges Gerät eingesetzt werden.
Die Karte ist nichts anderes als ein gewöhnlicher Flash-Chip, der mit intelligenter Technologie (SmartVoltage) hergestellt wurde und über die erforderliche externe Schnittstelle verfügt. Es kann in jedem Gerät verwendet werden, und Hauptsache die Betriebsspannung passt: Frühere Versionen verwendeten eine 5,5-V-Schnittstelle, während moderne Karten in der Regel 3,3 V haben. Die Informationen werden im Standard einer eindeutigen internationalen Teilnehmerkennung (IMSI - International Mobile Subscriber Identification) gespeichert, wodurch das Auftreten von "Doppeln" ausgeschlossen ist - selbst wenn der Kartencode zufällig ausgewählt wird, schließt das System automatisch eine Fälschung aus SIM, und Sie müssen später nicht für die Anrufe anderer Leute bezahlen. Bei der Entwicklung des Standards für das zellulare Kommunikationsprotokoll wurde dieser Punkt zunächst berücksichtigt, und nun hat jeder Teilnehmer seine weltweit einzigartige und einzigartige Identifikationsnummer, die bei der Übertragung mit einem 64-Bit-Schlüssel verschlüsselt wird. Darüber hinaus wird in Analogie zu Scramblern, die zum Verschlüsseln/Entschlüsseln eines Gesprächs bei analoger Telefonie entwickelt wurden, eine 56-Bit-Codierung in der zellularen Kommunikation verwendet.
Anhand dieser Daten macht sich das System eine Vorstellung vom mobilen Nutzer (seinen Standort, Status im Netz etc.) und eine Verbindung wird hergestellt. Wenn sich ein mobiler Benutzer während eines Gesprächs vom Abdeckungsbereich eines Repeaters in den Abdeckungsbereich eines anderen oder sogar zwischen den Abdeckungsbereichen verschiedener Controller bewegt, wird die Verbindung nicht unterbrochen oder verschlechtert, da das System automatisch wählt die Basisstation aus, mit der die Kommunikation besser ist. Je nach Kanalauslastung wählt das Telefon zwischen den 900- und 1800-MHz-Netzen, eine Umschaltung ist auch während eines Gesprächs für den Sprecher absolut nicht wahrnehmbar.
Ein Anruf aus einem regulären Telefonnetz zu einem Mobilfunkteilnehmer erfolgt in umgekehrter Reihenfolge: Zunächst werden Standort und Status des Teilnehmers anhand ständig aktualisierter Daten in den Registern ermittelt und dann die Verbindung und Kommunikation aufrecht erhalten.
Die maximale Strahlungsleistung eines Mobilgeräts kann je nach Verwendungszweck (permanentes oder tragbares Auto, tragbar oder in der Tasche) zwischen 0,8-20 W (jeweils 29-43 dBm) schwanken. Als Beispiel listet die Tabelle die Klassen der Stationen und Teilnehmergeräte durch die angelegte Leistung, die im GSM-900-System verwendet wird.
Die Angabe der Leistung in Dezibel ist für die Berechnung des Budgets der Funkverbindung bequemer, wenn die Verstärkungs- und Dämpfungswerte in verschiedenen Verbindungen des Übertragungswegs einfach mit den entsprechenden Vorzeichen summiert werden. Wie das Finanzbudget bestimmt auch das Budget der Funkstrecke, ob die bereitgestellten Mittel ausreichen, um die Aufgabe zu lösen – in diesem Fall die erforderliche Kommunikationsqualität zu erreichen. Bei der Analyse eines solchen Budgets müssen sowohl dzibel-hinzufügende Faktoren (zB Sendeleistung, Antennengewinn) als auch dzibel-reduzierende Faktoren (zB Fading) berücksichtigt werden. Normalerweise benötigt der Empfänger einen bestimmten Dezibel-Signalpegel plus eine gewisse Fading-Marge, um die Qualität der Verbindung zu gewährleisten. Im Gegensatz zu analogen Systemen, bei denen die Kommunikationsqualität durch den Einfluss interner und externer Störungen gekennzeichnet ist, werden bei der Betrachtung digitaler Kanäle alle Arten von Störungen auf ihre einzige Erscheinungsform reduziert - das Auftreten von Fehlern in einzelnen übertragenen Zeichen. Daher wird die Qualität digitaler Übertragungskanäle allein durch die Fehlerrate charakterisiert.
Mobilfunksysteme sind nach einem Punkt-zu-Mehrpunkt-Schema aufgebaut, da sich ein Teilnehmer an jedem Punkt in einer von einer Basisstation gesteuerten Zelle befinden kann. Im einfachsten Fall der zirkulären Übertragung wird die Leistung eines Funksignals im freien Raum theoretisch umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung reduziert. In der Praxis klingt das Signal jedoch viel schneller ab - in I'm besten fall ist proportional zum Kubikmeter der Entfernung, da die Signalenergie durch verschiedene physikalische Hindernisse absorbiert oder reduziert werden kann und die Art solcher Prozesse stark von der Sendefrequenz abhängt. Beispielsweise ist die Übertragung bei einer Frequenz von 1 GHz nahezu unabhängig von Niederschlag oder dem Einfluss der Atmosphäre, und bei einer Frequenz von 10 GHz kann diese Abhängigkeit recht stark sein. Andererseits ist die Dämpfung umso geringer und die erforderliche Sendeleistung umso geringer, je niedriger die Frequenz ist. Es genügt, daran zu erinnern, dass in vielen Ländern für die Fernsehübertragung im Bereich 50-90 MHz die Sendeleistung auf 100 kW begrenzt ist, während im Bereich von 500-800 MHz Fernsehsender bis 5000 kW zu finden sind.
Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Leistung von Mobilfunksendern mit zunehmender Frequenz ebenfalls zunimmt. Im Gegensatz dazu ist bei der im 1800 MHz-Bereich arbeitenden Version des GSM-Systems die Sendeleistung um eine Größenordnung niedriger als beim GSM-900-System. Wenn wir die obige Tabelle zugrunde legen, liegt die Leistung der Teilnehmereinheit des GSM-1800-Systems im Bereich von 1 W (statt 8 W bei GSM-900, Klasse 2) bis 0,25 W (Klasse 5), und Die Leistung der Basisstation reicht von 20W (Klasse 1) bis 2W (Klasse 4), aufgrund der Größe der Waben. Derzeit beträgt die Leistung für mobile Geräte des GSM-900-Systems jedoch maximal 1 W, in Wirklichkeit sind es sogar noch weniger. Daher sind die zuvor in der Tabelle angegebenen Zahlen derzeit nicht mehr relevant, aber der Übersichtlichkeit halber werden die Merkmale der Abhängigkeit der Leistung des Geräts und der Basisstation angegeben. Das GSM-900-System ist für Zellen mit einem Radius von mehreren zehn Kilometern (ungefähr bis zu 35 km) ausgelegt, während das GSM-1800-System für Zellen mit einem Radius von mehreren Kilometern ausgelegt ist. Bei einer Abnahme der Leistung um eine Größenordnung nimmt die abgedeckte Fläche einer Zelle also um zwei Größenordnungen ab.
