الاتصالات –التواصل عن بعد (lat.)

تواصل((عملية تبادل المعلومات) شرط ضروري لوجود الكائنات الحية والمجتمعات البيئية والمجتمع البشري. ويرافق التنمية الاجتماعية تطور تكنولوجيات الاتصالات. لقد تطورت تقنيات الاتصالات بشكل مكثف بشكل خاص خلال العقود القليلة الماضية.

يمكن تعريف الاتصالات بأنها تقنيات تتعامل مع الاتصال عن بعد ويمكن تفسير ذلك بطرق مختلفة. ويبين الشكل 2.8 تمثيلاً محتملاً لمختلف أقسام الاتصالات.

الشكل 8.2. الاتصالات السلكية واللاسلكية: أشكالها وأنواعها

تنقسم الاتصالات إلى نوعين: أحادية الاتجاه وثنائية الاتجاه. يتضمن البث أحادي الاتجاه، مثل البث الإذاعي والتلفزيوني الجماعي، نقل المعلومات في اتجاه واحد - من المركز إلى المشتركين. ثنائي الاتجاه يدعم الحوار بين مشتركين.

تستخدم الاتصالات الوسائل الميكانيكية والكهربائية لأن الاتصالات السلكية واللاسلكية تطورت تاريخياً من الأشكال الميكانيكية إلى الأشكال الكهربائية، وذلك باستخدام أنظمة كهربائية متزايدة التعقيد. وهذا هو السبب الذي يجعل العديد من المشغلين التقليديين في مجال الاتصالات مثل شركات البريد والبرق والهاتف الوطنية يستخدمون كلا النموذجين. ومن المتوقع أن تنخفض حصة الاتصالات الميكانيكية مثل البريد والصحف، بينما ستزداد حصة الاتصالات الكهربائية، وخاصة ثنائية الاتجاه، وتصبح هي المهيمنة في المستقبل. بالفعل في عصرنا، تهتم الشركات والصحافة، أولا وقبل كل شيء، بالاتصالات الكهربائية (الاتصالات) باعتبارها فرصة تجارية مربحة.

على طول حواف الشكل 8.2. يتم عرض خدمات الاتصالات، الميكانيكية في البداية: الصحافة (إعادة توجيه الصحف)، مكتب البريد؛ ثم الكهربائية: التلغراف، التلكس (تلغراف المشترك)، الهاتف، الراديو، التلفزيون، شبكات الكمبيوتر، الشبكات المؤجرة، تلفزيون الكابل والهاتف المحمول.

لقد تطورت الاتصالات تاريخياً بهذا الترتيب تقريباً.

نظام الاتصالات- مجموعة من الأشياء التقنية والتدابير التنظيمية والموضوعات التي تنفذ عمليات تتكون من: عمليات الاتصال وعمليات الإرسال وعمليات الوصول.

تستخدم أنظمة الاتصالات بيئات طبيعية أو اصطناعية لتبادل المعلومات. تشكل أنظمة الاتصالات، جنبًا إلى جنب مع الوسائط المستخدمة للإرسال، شبكات الاتصالات. وأهم شبكات الاتصالات هي (الشكل 2.8): الخدمات البريدية؛ شبكة الهاتف العامة (PSTN)؛ شبكات الهاتف المحمول؛ شبكة التلغراف؛ الإنترنت – شبكة عالمية من التفاعل بين شبكات الكمبيوتر. شبكة البث الإذاعي السلكية؛ شبكات تلفزيون الكابل؛ شبكات البث التلفزيوني والإذاعي؛ شبكات اتصالات الإدارات التي تقدم خدمات الاتصالات لهيئات الخدمة العامة وأنظمة مراقبة الحركة الجوية والبحرية والمجمعات الصناعية الكبيرة؛ شبكات الإنقاذ والسلامة العالمية.

أنظمة الاتصالات المذكورة أعلاه، كقاعدة عامة، تتفاعل بشكل وثيق مع بعضها البعض وتستخدم الموارد المشتركة لتنفيذ الاتصالات. ولتنظيم مثل هذا التفاعل، توجد في كل دولة وعلى نطاق عالمي هيئات خاصة تنظم استخدام الموارد المشتركة؛ تحديد القواعد العامة للتفاعل (البروتوكولات) لأنظمة الاتصالات؛ تطوير تقنيات الاتصالات الواعدة.

لتنفيذ الاتصالات عن بعد، تستخدم أنظمة الاتصالات: أنظمة التبديل؛ أنظمة النقل أنظمة الوصول والتحكم لقنوات الإرسال.

أحد المجالات المهمة للنشاط البشري هو البنية التحتية للمعلومات، والتي يتم من خلالها تطوير العديد من المجالات الضرورية. في البداية تم استخدام شبكة التلغراف لهذا الغرض، وبعد ذلك بدأت تظهر الهواتف والراديو والتلفزيون وأجهزة الكمبيوتر. أي معلومة يتم إنشاؤها إلكترونيا يمكن أن تصل إلى وجهتها دون متخصص.

تعمل الاتصالات بين رعايا الدولة والاتصالات الدولية على أساس أنظمة الاتصالات متعددة القنوات. ولهذا الغرض، يتم استخدام الأجهزة التناظرية والرقمية. بمساعدتهم ، يتم نقل الصوت والفيديو والوسائط المتعددة. ولذلك، يمكن للناس الوصول إلى الإنترنت والهاتف الخليوي والعديد من الخدمات الأخرى. ولهذا لا بد من تدريب المتخصصين للعمل في هذا المجال.

مميزات المهنة

إذا تخرج أحد الخريجين بدرجة علمية في أنظمة الاتصالات متعددة القنوات، فما هي الوظيفة التي سيحصل عليها؟ بإمكانك التقديم على وظيفة في إحدى الشركات لوظيفة شاغرة "فني". تشمل مسؤوليات الموظف تزويد منطقة معينة بالاتصالات والبث التلفزيوني والإذاعي.

يقوم الفني بعمل ما هو مطلوب لتشغيل أنظمة النقل. ويجري إعادة بناء الخطوط وتركيب أحدث المعدات. المكان الرئيسي في المعدات التقنية هو تكنولوجيا الألياف الضوئية، والتي يتم من خلالها زيادة سرعة النقل وجودة الشبكة.

تدريب الموظفين

يتم تدريس متخصصي المستقبل مهنة "أنظمة الاتصالات متعددة القنوات" باستخدام التخصصات التطبيقية. إنهم بحاجة إلى فهم تركيب وتشغيل أنظمة نقل البيانات الرقمية والكابلية.

تغطي المحاضرات تقنيات تشفير الأجهزة والبرامج لحماية المعلومات. مع زيادة ملف التدريب، مطلوب إتقان المناهج الدراسية للأنشطة الإدارية وإدارة المنظمة. يتم تدريس تخصص "أنظمة الاتصالات متعددة القنوات" في الكليات والمعاهد في مختلف مدن روسيا.

ماذا يمكن للخريجين أن يفعلوا؟

يجب على المتخصصين تشغيل أنظمة الاتصالات متعددة القنوات. مطلوب العمل على أمن المعلومات للشبكات. النشاط المهم هو المشاركة في أعمال الإنتاج للمنظمة.

يقوم الموظفون بأداء العديد من المناصب الكتابية. أنها تنتج تقارب التقنيات والخدمات لأنظمة الاتصالات السلكية واللاسلكية. أحد المجالات الرئيسية هو الترويج لخدمات الشبكة. إذا كان الخريج قد أكمل التدريب في تخصص "أنظمة الاتصالات متعددة القنوات"، فمع من يجب أن يعمل وأين؟ مطلوب فنيين في المؤسسات الحكومية والتجارية.

مسؤوليات المتخصصين

مطلوب من الفنيين إجراء عمليات التثبيت والصيانة للأنظمة. يزيل الموظفون عواقب الحوادث وعيوب المعدات ويحددون طرق استعادة التشغيل.

في شركات التكنولوجيا، يتم قياس معلمات المعدات. يقومون بتثبيت شبكات الكمبيوتر وصيانتها بشكل احترافي. يكون الموظف مسؤولاً عن إدارة معدات الشبكة وتركيبها وإعداد الوصول إليها.

يتفاعل الفني مع بروتوكولات الشبكة. يراقب عمل معدات الشبكة. ويستخدمون في أنشطتهم المهنية أدوات مثبتة لأمن المعلومات. تشمل المسؤوليات الأخرى ما يلي:

• تحليل تشغيل الأنظمة لتحديد المشاكل؛
• ضمان الإدارة الآمنة؛
• المشاركة في تخطيط العمل؛
• مراقبة الأنظمة الجديدة؛
• إجراء البحوث التسويقية.

يقوم المحترفون ببناء وتشغيل أنظمة نقل المعلومات وتشغيل المحطات الأوتوماتيكية. يتم توظيف الخريجين الحاصلين على شهادة في أنظمة الاتصالات متعددة القنوات في محلات الأجهزة الخطية وأقسام ترحيل الراديو ومراكز الاتصالات. يتلقى الفني المهارات اللازمة.

الراتب والآفاق

إذا حصل الخريج على تخصص في "أنظمة الاتصالات متعددة القنوات"، فسيكون راتبه في البداية حوالي 20000 روبل. وفي الوقت نفسه، يجب أن يعرف الموظف ويكون قادرًا على تركيب وتوصيل أجهزة الهاتف وإعداد mini-PBX والإنترنت.

يحتاج الموظف إلى التحسين المستمر، وزيادة مستوى المعرفة والمهارات. سيكون مثل هذا الموظف مطلوبًا دائمًا، مما سيزيد الدخل الشخصي. لكسب الكثير من المال، يجب أن يكون لديك خبرة واسعة في خدمة أنظمة الاتصالات، وتركيب المعدات، وإعداد الوثائق. يمكنك العمل في المؤسسات الحكومية والتجارية المتخصصة.

الجزء 1

شبكات الاتصالات والمعلومات

الفصل 1 ______

شبكات وأنظمة الاتصالات. الأحكام العامة

قائمة الاختصارات

جي آي آي (جي آي آي)	-	البنية التحتية العالمية للمعلومات
ذاكرة	-	جهاز الذاكرة
مساءً	-	خط الاتصال
بواسطة	-	برمجة
TS	-	شبكة الاتصالات السلكية واللاسلكية
الشبكة الهاتفية العمومية التبديلية (PSTN).	-	شبكة الهاتف العامة
سي ان ان	-	ساعة الذروة
ماكينة الصراف الآلي	-	طريقة التسليم غير المتزامن
ب-ISDN	-	شبكة رقمية ذات نطاق عريض للخدمات المتكاملة
الاب	-	تكنولوجيا تتابع الإطار
اسم النطاق الدولي	-	شبكة رقمية متكاملة
في	-	شبكة اتصالات ذكية
الملكية الفكرية	-	بروتوكول الشبكة البينية
ن-ISDN	-	شبكة الخدمات الرقمية المتكاملة ضيقة النطاق
PLMN	-	شبكة الاتصالات الخلوية مع الكائنات المتنقلة

المفاهيم الأساسية لشبكات وأنظمة الاتصالات

يتميز التطور الحديث لتكنولوجيا الاتصالات بميزتين: الشكل الرقمي لتمثيل جميع الإشارات - بغض النظر عن نوع المعلومات التي تمثلها هذه الإشارات - كلام أو نص أو بيانات أو صورة؛ تكامل الخدمة، والذي لا يمكن تحقيقه بالكامل إلا من خلال نقل الاتصالات إلى التكنولوجيا الرقمية. ويتم دمج أنظمة نقل وتبديل المعلومات، ويتم إعادة توزيع مهام الأجهزة الطرفية وشبكات الاتصالات بطريقة جديدة. يتم إنشاء أجهزة طرفية متعددة الوظائف تختلف عن أجهزة الهاتف والتلغراف، وأجهزة طرفية للعرض المرئي للبيانات، ومناسبة لأكثر من نوع واحد من المعلومات. وأخيرًا، تسمح شبكة الاتصالات بنقل الصوت والنصوص والبيانات والصور عبر نفس الاتصال: سيتمكن المستخدم من الوصول إلى هذه الشبكة بغض النظر عن نوع الخدمة من خلال "قابس الاتصالات".

وبمساعدة هذه الوسائل "الثورية"، زادت الإنتاجية والكفاءة الاقتصادية لكل من المنظمات والأفراد بشكل كبير. يشير الاستنتاج إلى أن الجهود المشتركة لثلاث صناعات - صناعة الكمبيوتر (تكنولوجيا المعلومات)، والإلكترونيات الاستهلاكية (صناعة الترفيه) والاتصالات - قد قربت تحقيق الهدف الرئيسي - إنشاء بنية تحتية عالمية للمعلومات (GII، GII) .

الهدف النهائي لمؤشر الابتكار العالمي هو ضمان وصول كل مستهلك إلى مجتمع المعلومات.

هناك بعض الخصائص الأساسية التي يجب أن يتمتع بها GII من أجل تلبية متطلبات مستهلكي المعلومات. وتسمى هذه الخصائص السمات. مقترح

بالنسبة لكل نوع من رسائل المعلومات، يتم استخدام طريقة إرسال محددة في الشبكة بشكل تقليدي، وتتميز بمبدأ تحويل الرسالة إلى إشارة اتصال ونوع الاتصال (شكل الاتصال). وبالتالي، لنقل المعلومات الصوتية، فإن شكل الاتصال المقبول هو الهاتف، ولإرسال الصور الثابتة، يتم استخدام أجهزة الفاكس، ولإرسال الصور المتحركة، يتم استخدام التلفزيون. تشير البيانات إلى نوع من الرسائل المشفرة، تعتمد طريقة إرسالها على تمثيل كل عنصر معلومات (حرف، علامة، رقم) في شكل مجموعة رموز يتم إرسالها على شكل إشارة عبر الشبكة. بالنسبة للرسائل المشفرة، يتم استخدام طريقة التلغراف لنقل المعلومات ونقل البيانات. في الآونة الأخيرة، تم استخدام ما يسمى بأشكال الاتصال "متعددة الوسائط" - الوسائط المتعددة (مترجمة من الإنجليزية. ميلتي- الكثير من، وسائط- متوسط) للنقل المتزامن للصوت والصورة والبيانات.

اعتمادا على شكل الاتصالات، يمكن تقسيم أنظمة الاتصالات إلى أنظمة الاتصالات الهاتفية، واتصالات الفاكس، والبث التلفزيوني، والاتصالات التلغراف، ونقل البيانات، وما إلى ذلك؛ اعتمادًا على وسيط نقل الإشارة (النحاس، الأثير، الألياف الضوئية) - في أنظمة الاتصالات والاتصالات البصرية، بالإضافة إلى الاتصالات السلكية باستخدام الوسائط الإرشادية (النحاس والكابلات الضوئية)، والاتصالات اللاسلكية، حيث يتم استخدام الأثير لنقل الإشارات. ومن الضروري التأكيد على ما يوحد كل هذه الأنظمة في المفهوم العام لنظام الاتصالات:

1. الغرض العام لجميع أنظمة الاتصالات هو تقديم الخدمات للمستخدمين.

2. تنتمي جميع أنظمة الاتصالات إلى نوع الأنظمة الموزعة، والمكون الرئيسي لها هو شبكة الاتصالات، مما يسمح باستخدام المبادئ العامة للتحسين الهيكلي لهذه الأنظمة.

3. أنظمة الاتصالات كأي أنظمة معقدة لا يمكن النظر إليها بمعزل عن البيئة الخارجية. تُفهم البيئة الخارجية على أنها مجموعة من العناصر مهما كانت طبيعتها والتي توجد خارج النظام ولها تأثيرات معينة عليه. تشمل هذه العناصر المتعلقة بأي نظام اتصالات المستخدمين الذين يحددون متطلبات حجم الخدمات المستهلكة وقائمتها وجودتها وبالتالي التأثير على نظام الاتصالات.

وتجدر الإشارة إلى أن مفهوم "النظام" في حد ذاته هو مفهوم مجرد بالنسبة للموضوع الحقيقي المرتبط به ويمكن تفسيره على أنه نموذج للموضوع. يسمح لك النموذج بعكس أهم مكونات الكائن وحذف التفاصيل غير المهمة من وجهة نظر الغرض من النظر فيه. وفي هذا الصدد، يمكن وصف نفس الكائن بشكل مختلف باختلاف الأنظمة اعتمادًا على جوانب النظر فيه.

عند النظر في نماذج معظم الشبكات وأنظمة الاتصالات، يتم استخدام مفاهيم البروتوكول والواجهة على نطاق واسع. البروتوكول عبارة عن مجموعة من القواعد والصيغ التي تحدد تفاعل الكائنات من نفس مستويات الشبكة، على سبيل المثال، "شخص - شخص"، "محطة - محطة"، "كمبيوتر - كمبيوتر"، "عملية - عملية"، أي البروتوكولات التي تصف ترتيب التفاعل بين المستخدمين أو المحطات الطرفية أو عقد الشبكة أو الشبكات المنفصلة. في هذه الحالة، يجب استخدام نفس اللغة ونفس القواعد النحوية وتنسيقات المعلومات. يسمح هيكل مستوى النموذج بالتطوير المستقل للبروتوكولات. يمكن أن تحتوي كل طبقة من النموذج على بروتوكولات متعددة. يتم توفير التفاعل بين المستويات المجاورة عن طريق الواجهات. الواجهة عبارة عن مجموعة من الأدوات التقنية والبرمجية المستخدمة لربط الأجهزة أو الأنظمة أو البرامج. مجموعة من وسائل التفاعل بين مستويين متجاورين (واجهة بين المستويات) تحتوي على قواعد للتنسيق المنطقي والكهربائي، بالإضافة إلى وصف تفصيلي لتنسيقات الرسائل.

تم تصميم شبكات المعلومات لتزويد المستخدمين بالخدمات المتعلقة بتبادل المعلومات واستهلاكها ومعالجتها وتخزينها وتراكمها. يصبح مستهلك المعلومات الذي تمكن من الوصول إلى شبكة المعلومات مستخدمًا. يمكن أن يكون المستخدمون أفرادًا وكيانات قانونية (شركات ومؤسسات ومؤسسات). يوفر استخدام الشبكة الفرصة للحصول على المعلومات عند الحاجة إليها. تُفهم شبكة المعلومات على أنها مجموعة من الأنظمة النهائية المنتشرة جغرافيًا والمتحدة في شبكات الاتصالات وتوفر الوصول إلى أي من هذه الأنظمة لجميع موارد الشبكة واستخدامها الجماعي. ومن المستحسن تقسيم شبكات الاتصالات حسب نوع الاتصالات (شبكات الاتصالات، الاتصالات البصرية، الاتصالات الهاتفية، نقل البيانات، الاتصالات السككية أو الجوية، وما إلى ذلك).

يمكن تصنيف الأنظمة الطرفية لشبكة المعلومات على النحو التالي: - المحطة الطرفية (نظام المحطة)،توفير الوصول إلى الشبكة ومواردها؛

عمال (الخادم، النظام المضيف)،تمثيل المعلومات والموارد الحاسوبية؛

إداري (النظام الإداري)،تنفيذ إدارة الشبكة وأجزائها الفردية.

تنقسم موارد شبكة المعلومات إلى المعلومات ومعالجة البيانات وتخزينها والبرمجيات والاتصالات.

الموارد المعلوماتية- هذه معلومات ومعرفة متراكمة في جميع مجالات العلوم والثقافة والمجتمع وكذلك منتجات صناعة الترفيه. كل ذلك نظام

يتم تنظيمها في قواعد بيانات الشبكة التي يتفاعل معها مستخدمو الشبكة. تحدد هذه الموارد قيمة المستهلك لشبكة المعلومات ويجب ألا يتم إنشاؤها وتوسيعها باستمرار فحسب، بل يجب أيضًا تحديث البيانات القديمة في الوقت المناسب.

موارد المعالجة والتخزينيتم تحديد البيانات من خلال أداء معالجات الكمبيوتر المتصلة بالشبكة وحجم أجهزة التخزين الخاصة بها (الذاكرة)، وكذلك الوقت الذي يتم استخدامها خلالها.

موارد البرمجياتتمثل البرامج (البرامج) المشاركة في تقديم الخدمات للمستخدمين، بالإضافة إلى برامج الوظائف ذات الصلة. وتشمل الأخيرة: إصدار الفواتير، ومحاسبة المدفوعات مقابل الخدمات، والملاحة (ضمان البحث عن المعلومات على الشبكة)، والحفاظ على صناديق البريد الإلكترونية للشبكة، وتنظيم جسر للمؤتمرات عن بعد، وتحويل تنسيقات الرسائل المرسلة، وحماية التشفير للمعلومات (التشفير والتشفير)، المصادقة (التوقيع الإلكتروني للوثائق، التصديق على صحتها).

موارد الاتصالاتالمشاركة في نقل المعلومات وإعادة توزيع التدفقات في عقدة التبديل. يتضمن ذلك سعة خطوط الاتصال، وقدرات التبديل للعقد، بالإضافة إلى الوقت الذي تستغرقه أثناء تفاعل المستخدم مع الشبكة. يتم تصنيف موارد الاتصالات وفقًا لنوع السيارة: شبكة الهاتف العامة، وشبكة البيانات بتبديل الرزم، وشبكة الاتصالات المتنقلة، وشبكات البث التلفزيوني والإذاعي، وشبكة الخدمات الرقمية المتكاملة، وما إلى ذلك.

يتم تقييم شبكات الاتصالات عادة من خلال عدد من المؤشرات التي تعكس القدرة على نقل المعلومات بكفاءة. ترتبط القدرة على نقل المعلومات إلى المركبة بدرجة قابليتها للتشغيل، أي أداء وظائف محددة في حجم محدد بمستوى الجودة المطلوب خلال فترة معينة من تشغيل الشبكة أو في وقت عشوائي. ->يتم تحديد قابلية تشغيل شبكة الاتصالات من خلال مفاهيم الموثوقية والقدرة على البقاء. ويعود الاختلاف بين هذه المفاهيم إلى الأسباب والعوامل التي تعطل التشغيل الطبيعي للشبكة، وطبيعة المخالفات.

مصداقيةتتميز شبكة الاتصالات بقدرتها على توفير الاتصال مع الحفاظ مع مرور الوقت على قيم "مؤشرات الجودة المحددة في ظل ظروف تشغيل معينة". وهو يعكس القدرة على الحفاظ على وظائف شبكة الاتصالات عندما تتعرض بشكل رئيسي للعوامل الداخلية - الأعطال العشوائية للمعدات التقنية الناجمة عن عمليات التقادم أو عيوب تكنولوجيا التصنيع أو أخطاء موظفي الصيانة.

حيويةتتميز شبكة الاتصالات بقدرتها على الحفاظ على قابليتها للتشغيل بشكل كامل أو جزئي عند تعرضها لأسباب خارج الشبكة وتؤدي إلى تدمير أو تلف كبير لبعض عناصرها (نقاط وخطوط الاتصال). ويمكن تقسيم هذه الأسباب إلى قسمين: تلقائيو متعمد.العوامل الطبيعية تشمل:

مثل الزلازل، والانهيارات الأرضية، وفيضانات الأنهار، وما إلى ذلك، والمتعمدة - الضربات الصاروخية النووية، والأعمال التخريبية، وما إلى ذلك.

عند تحليل سعة السيارة، فإن مفاهيم الاتصال والرسالة مهمة جدًا. المكالمة هي اتصال بين اثنين من مستخدمي الشبكة لإرسال رسالة. رسالة- تحويل تشكيل المستخدم إلى إشارات اتصالات. وبالنظر إلى الفرق بين المكالمة والرسالة، يمكننا القول أن تدفق المكالمات يصل إلى عقدة الشبكة أو جزء منها، ويدور تدفق الرسائل في شبكات الاتصال لنقل المعلومات إلى المستخدم. يمكن التعبير عن الحاجة إلى توصيل الرسائل من نقطة في الشبكة إلى أخرى من خلال الجاذبية بين هذه النقاط. تميز الجاذبية تقييم الحاجة إلى أنواع مختلفة من الاتصالات بين نقطتين في الشبكة ويتم تحديدها من خلال حجم الرسائل التي يجب تسليمها خلال فترة زمنية معينة من نقطة إلى أخرى. من الجاذبية المعبر عنها بحجم الرسائل أو حجم المعلومات، يمكنك الانتقال * إلى الجاذبية المعبر عنها بوقت احتلال خط الاتصال (LC)، ومنه - إلى عدد 1C اللازم. تعتبر الجاذبية، التي يتم تحديدها بحجم المعلومات، مناسبة لشبكة نقل البيانات، ويتم تحديدها من خلال إشغال القنوات - لشبكة الهاتف وأنواع مختلفة من شبكات البث. ينقسم وقت شغل القناة إلى وظائف بالساعة في السنة أو اليوم أو الساعة. تعتمد الجاذبية على نوع المعلومات والموقع الإقليمي للمستخدمين وخصائصهم وعلاقاتهم الاقتصادية والثقافية وغيرها. من المستحيل تحديد الجاذبية بشكل لا لبس فيه، لأنها تتأثر بالعديد من العوامل، وبالتالي فإن دقة تقديرات الجاذبية عادة ما تكون منخفضة.

كمية المعلوماتيتم تحديده، الذي يتم نقله بين نقطتين خلال فترة زمنية، من خلال مجموع أحجام جميع الرسائل (بما في ذلك الرسائل المتكررة) أو حاصل ضرب عدد الرسائل المرسلة - ومتوسط ​​حجم رسالة واحدة. وقت إشغال الخطوط أو الأجهزة، معبراً عنه بساعات الإشغال، مع"- يقسم الحمل على هذه الخطوط أو الأجهزة على أنه حاصل ضرب إجمالي عدد المكالمات الواردة * ز متوسط ​​مدة الفصول . كثافة التحميل- هذا هو عدد ساعات الاستخدام خلال فترة زمنية معينة، على سبيل المثال، الساعة الأكثر ازدحامًا (BHH) هي فاصل زمني مدته 60 دقيقة يكون الحمل على الشبكة فيه أكبر من أي فترة أخرى مماثلة. عادةً ما يتم استخدام مفهوم كثافة الحمل، على الرغم من أنه يُطلق عليه غالبًا اسم التحميل للتبسيط. وحدة كثافة الحمل بدون أبعاد تسمى Erlang. واحد Erlang هو شدة التحميل سينوغوالجهاز مشغول بشكل مستمر لمدة ساعة.

في حالة عدم قدرة الشبكة على خدمة الحمل الوارد، فمن المنطقي التحدث عن حجم الحمل المحقق في الشبكة. يتم تحديد مقدار الحمل المحقق حسب سعة شبكة الاتصالات. في بعض الحالات، يتم قياس الإنتاجية. على سبيل المثال، من خلال الحد الأقصى لتدفق المعلومات التي يمكن تخطيها بين زوج معين من النقاط. وبهذه الطريقة يتم تحديد صبيب قسم الشبكة، وهو ما يشكل عنق الزجاجة عند تقسيم الشبكة بين المصدر والمستقبل إلى قسمين.

تدفق الرسائل من نقطة إلى نقطة هو سلسلة من الرسائل المرسلة من نقطة إلى أخرى. بالإضافة إلى المعلومات المفيدة، يتم إرسال رسائل التحكم والإشارة التي لا قيمة لها للمستخدم عبر الشبكة. تحميل شبكات الاتصالات بشكل كبير (دون تقديم تأثير مفيد) و المكالمات المتكررة،الناشئة في حالة الفشل أثناء المكالمة الأولية. يتميز تدفق الرسائل بتسلسل من اللحظات الزمنية عند وصول كل رسالة تالية. ويمكن أيضًا التعبير عن التدفق من حيث الفترات الزمنية بين هذه اللحظات. يمكن أيضًا وصف نوع تدفق الرسائل من خلال توزيع مدة إشغال الجهاز لكل رسالة واردة. تنقسم جميع التدفقات المتداولة في شبكات الاتصالات إلى حتمية وعشوائية ومختلطة. التدفقات الحتمية هي تلك التي تكون أوقات وصولها وأحجام رسائلها معروفة مسبقًا. وتشمل هذه التدفقات جميع تدفقات البث تقريبًا (الصوتية والتليفزيونية على السواء)، والإرسال المنتظم للتقارير المختلفة، وما إلى ذلك. بالنسبة للتدفقات العشوائية، لا يتم تحديد لحظات الوصول وأحجام الرسائل الفردية وعناوينها مسبقًا، وهي عبارة عن متغيرات عشوائية موصوفة باستخدام التوزيعات الاحتمالية . وتشمل هذه التدفقات تدفقات الرسائل الهاتفية. اعتمادًا على الظروف المحددة، يمكن أن تكون التدفقات العشوائية شديدة التنوع، ومع ذلك، في معظم الحالات العملية، من الممكن تقريب (وصف) فترات الفواصل الزمنية بين وصول رسالتين متجاورتين باستخدام قوانين التوزيع الاحتمالية المعروفة، مما يجعل من الممكن للحصول على نموذج رياضي للتدفق. يحتوي التدفق المختلط على مكونات حتمية وعشوائية.

1.2. مجالس تطوير تقنيات الاتصالات وخدمات الاتصالات

من أجل معرفة آفاق تطوير البنية التحتية الوطنية للمعلومات في أوكرانيا (SRI) في إطار البنية التحتية العالمية للمعلومات، من الضروري أن نفهم كيف ستسير هذه العملية في العالم، في البلدان الصناعية وفي أوكرانيا، ما هي تقنيات وخدمات الاتصالات المعلوماتية الجديدة التي سيتم تقديمها في السنوات والعقود القادمة.

لقد أصبحت ثورة المعلومات محرك التقدم للمجتمع بأكمله. من المعروف منذ زمن طويل أن الثورات العلمية والتكنولوجية (STR) غيرت بشكل جذري نمط حياة البشرية ومظهر العالم ككل. وكانت نتيجة الثورة العلمية والتكنولوجية زيادة حادة في عدد السكان، وهو ما ينبغي توقعه في القرنين المقبلين. يعتقد العديد من العلماء العاملين في مجال التنبؤ أنه في القرنين الحادي والعشرين والثاني والعشرين يجب أن تحدث ثلاث ثورات علمية وتكنولوجية: 1 - إعلامية، 2 - تقنية حيوية، 3 - كمومية.

كل من هذه الثورات ستؤدي إلى تغييرات جذرية في العالم. ستؤدي ثورة المعلومات إلى إنشاء تكنولوجيا المعلومات، والتي ستصبح الأساس التقني لمجتمع المعلومات العالمي. سوف تحل ثورة التكنولوجيا الحيوية مشكلة الإمدادات الغذائية لسكان العالم، وسوف تخلق ثورة الكم مصادر جديدة فعالة وآمنة للطاقة.

لقد غيرت ثورة المعلومات (أواخر القرن العشرين وأوائل القرن الحادي والعشرين) وجه اتصالات المعلومات بشكل كبير. العوامل الرئيسية في تطور الاتصالات المعلوماتية في القرن الحادي والعشرين هي الاقتصاد والتكنولوجيا والخدمات.

تكنولوجيات وخدمات المعلومات والاتصالات هي مشتقات من الاقتصاد. بدوره، يعتمد مستوى تطوير التقنيات والخدمات على مستوى التقدم العلمي والتكنولوجي، وتنفيذها يعتمد على مستوى الاقتصاد، وقبل كل شيء، على الطلب الفعال للسكان على بعض خدمات الاتصالات والمعلومات.

في التطور التاريخي لشبكات وخدمات الاتصالات، يمكن تمييز خمسة معالم رئيسية (الشكل 1.3). كل معلم له منطق التطوير الخاص به وعلاقته بالمراحل السابقة واللاحقة.

بالإضافة إلى ذلك، يعتمد كل معلم على مستوى التنمية الاقتصادية والخصائص الوطنية للدولة الفردية.

المعلم الأول- إنشاء شبكة الهاتف العمومية (PSTN، PSTN - شبكة الهاتف العامة.لفترة طويلة، أنشأت كل دولة شبكة الهاتف العامة التناظرية الوطنية الخاصة بها. تمت التوصية بالاتصالات الهاتفية للسكان والمؤسسات والشركات وتم مقارنتها بخدمة واحدة - نقل الرسائل اللغوية. في وقت لاحق، بدأ نقل البيانات عبر شبكات الهاتف باستخدام أجهزة المودم. ومع ذلك، وحتى اليوم، يظل الهاتف هو خدمة الاتصالات الرئيسية التي تولد أكثر من 80% من أرباح مشغلي الاتصالات.

المعلم الثاني- رقمنة شبكة الهاتف. لتحسين جودة خدمات الاتصالات وزيادة عددها وزيادة مستوى أتمتة التحكم والمعدات التكنولوجية في البلدان الصناعية، تم العمل في السبعينيات على رقمنة شبكات الاتصالات الأولية والثانوية. تم إنشاء شبكات رقمية متكاملة IDN (الشبكة الرقمية المتكاملة)،التي تقدم خدمات الهاتف في المقام الأول على أساس أنظمة التحويل والنقل الرقمية. حتى الآن، في العديد من البلدان، تم الانتهاء تقريبًا من رقمنة شبكات الهاتف.

المعلم الثالث- تكامل الخدمات. لقد أتاحت رقمنة شبكات الاتصالات ليس فقط تحسين جودة الخدمات، ولكن أيضًا زيادة عددها على أساس التكامل. هكذا ظهر مفهوم الشبكة الرقمية ضيقة النطاق مع تكامل خدمات N-ISDN (الشبكة الرقمية Srsice المتكاملة ضيقة النطاق).يتم تزويد المستخدم (المشترك) لهذه الشبكة بإمكانية الوصول الأساسية (2B + D)، والتي يتم من خلالها نقل المعلومات عبر ثلاث قنوات رقمية: قناتان فيبمعدل إرسال 64 كيلوبت/ثانية والقناة D بمعدل إرسال 16 كيلوبت/ثانية. قناتين فيتستخدم لنقل الرسائل اللغوية والبيانات والقناة ذ- للتشوير ونقل البيانات في وضع تبديل الحزمة. بالنسبة للمستخدم ذو الاحتياجات الأكبر، يمكن توفير الوصول الأساسي الذي يحتوي على (30 قناة B + D). لقد كان مفهوم N-ISDN موجودًا منذ حوالي 20 عامًا، لكنه لم ينتشر على نطاق واسع في العالم لعدة أسباب. أولاً، تعد معدات N-ISDN باهظة الثمن لنشرها على نطاق واسع؛ ثانيًا، يدفع المستخدم باستمرار مقابل ثلاث قنوات رقمية؛ ثالثاً، قائمة الخدمات /U-/50L/ تتجاوز احتياجات جمهور المستخدمين. ولهذا السبب بدأ استبدال تكامل الخدمة بمفهوم الشبكة الذكية.

خلال نفس الفترة، تم أيضًا تطوير الشبكات المزودة بأنظمة PLMN المتنقلة ( شبكة موبيل الأراضي العامة) وتقنيات خدمة شبكة البيانات القائمة على تبديل الدوائر والحزم: X.25، IP (بروتوكول الإنترنت) ، GR (تتابع الإطار)، 1P-الهاتف والبريد الإلكتروني وما إلى ذلك.

المعلم الرابع- الشبكة الذكية /N (الشبكة الذكية).يعود تاريخ هذه الشبكة عادةً إلى عام 1980، عندما قامت شركة Bell System (الولايات المتحدة الأمريكية) بعمل لتحسين الخدمة المسماة "service-800". كانت هذه الخدمة مخصصة بشكل أساسي لتحصيل رسوم المكالمات البعيدة المدى للمتصل وكانت تستخدم على نطاق واسع في قطاع الخدمات والتجارة. منذ عام 1993، تم تطوير IN في إطار هذا المفهوم TINA (هندسة شبكات معلومات الاتصالات)لدعم بنية خادم العميل. تم تصميم هذه الشبكة لتوفير خدمات المعلومات بسرعة وكفاءة واقتصادية للمستخدمين الشاملين. يتم تقديم الخدمة المطلوبة للمستخدم متى وفي الوقت الذي يحتاج إليها. وعليه فهو ملزم بدفع ثمن الخدمة المقدمة خلال هذه الفترة. وبالتالي، فإن سرعة وكفاءة تقديم الخدمة تضمن فعاليتها من حيث التكلفة، لأنه إذا استخدم المستخدم قناة الاتصال لفترة زمنية أقصر بكثير، فإن ذلك سيسمح له بتقليل التكاليف. وهذا هو الفرق الأساسي بين الشبكة الذكية والشبكات السابقة، أي مرونة تقديم الخدمة وفعاليتها من حيث التكلفة.

المعلم الخامس- موجة عريضة B-ISND (الشبكة الرقمية للخدمات المتكاملة للنطاق العريض)كانت رائدة في تطوير خدمات الوسائط المتعددة القائمة على التكنولوجيا بعد عام 1980 ماكينة الصراف الآلي (- تبديل الحزم ذات الطول الثابت (53 بايت): البحث التفاعلي والمعلومات والتوزيع. توفر خدمات المحادثة خدمات لنقل المعلومات (خدمة الهاتف، خدمة الكلام، مؤتمرات الفيديو، وما إلى ذلك). توفر خدمات استرجاع المعلومات (خدمات الاستعلام) للمستخدم فرصة الحصول على المعلومات من مجموعة متنوعة من بنوك البيانات. يمكن لخدمات التوزيع، مع أو بدون التحكم في توفير المعلومات من جانب المستخدم، إرسال المعلومات من مصدر مشترك واحد إلى عدد غير محدود من المشتركين الذين لديهم الحق في الوصول إلى (البيانات، النصوص، الصور المتحركة والثابتة، الصوت، الرسومات، وما إلى ذلك). بدأت ممارسة الاتصالات التجارية في تضمين ليس فقط المكالمات الجماعية، ولكن أيضًا مؤتمرات الفيديو، مما يجعل من الممكن تبادل المعلومات دون إضاعة الوقت والمال في السفر.

وفي المقابل، فإن خفض تكاليف المستخدم الفردي للخدمات الجديدة من شأنه أن يؤدي إلى زيادة الطلب عليها، أي أن يؤدي إلى زيادة أرباح مقدمي الخدمات. وستؤدي الزيادة المقابلة في الطلب على الخدمات إلى زيادة المعروض من المعدات اللازمة، الأمر الذي سيؤدي إلى زيادة أرباح موردي المعدات. وبالتالي فإن مرونة تقديم الخدمات باستخدام التقنيات الحديثة تؤدي إلى توحيد المصالح الاقتصادية لثلاثة أطراف: المستخدمين ومقدمي الخدمات وموردي المعدات.

أسئلة التحكم

1. بيان ملامح تطور تكنولوجيا الاتصالات في المرحلة الحالية.

2. ما هو تكامل الاتصالات؟

3. وصف الأجهزة الطرفية متعددة الوظائف.

4. تحديد البنية التحتية العالمية للمعلومات.

5. ما هو المطلوب لتنفيذ مفهوم البنية التحتية العالمية للمعلومات؟

6. ما هي السمات (الخصائص) التي يجب أخذها في الاعتبار عند إنشاء معيار البنية التحتية العالمية للمعلومات؟

7. شرح مبادئ وغرض البنية التحتية العالمية للمعلومات.

8. الإشارة إلى الخصائص الرئيسية للبنية التحتية العالمية للمعلومات.

9. اذكر مميزات بناء شبكة المعلومات.

10. شرح هيكل شبكة المعلومات.

11. وصف موارد شبكة المعلومات.

12. كيف يتم تقسيم أنظمة الاتصالات حسب نوع الاتصال؟

13. ما هي مؤشرات شبكة الاتصالات التي تميز فعاليتها في نقل المعلومات؟

14. التعرف على مفهومي البروتوكول والواجهة في شبكات المعلومات.

15. ما هي موثوقية شبكة الاتصالات؟

16. شرح مفهوم بقاء الاتصالات. اذكر العوامل التي يعتمد عليها.

17. وصف قدرة شبكة الاتصالات.

18. ما هو التحدي؟

19. ما المقصود بمفهوم الرسالة في شبكة الاتصالات؟

20. ما هي العوامل التي تحدد حجم المعلومات؟

21. تسمية وحدات قياس حمل الهاتف وكثافته.

22. ما هو تدفق الرسائل؟ اعط مثالا.

23. ما هي المعلومات التي تسمى مفيدة؟ اذكر أنواعها الأخرى.

24. بماذا يتميز تدفق الرسالة؟

25. تسمية وتوصيف التدفقات المتداولة في شبكات الاتصالات.

26. ما هو اسم تدفق المعلومات إذا كانت لحظة استلام الرسائل وحجمها معروفة مسبقًا؟ اعط مثالا.

27. ماذا يعني مفهوم "الجاذبية" في شبكة الاتصالات؟

28. قدم وصفًا لـ ENSSU ومعهد الأبحاث الأوكراني والبنية التحتية العالمية للمعلومات.

29. شرح المعالم الرئيسية في تطوير شبكات وخدمات الاتصالات.

30. ما هي مميزات شبكة B-ISDN ذات النطاق العريض؟

1. مبادئ بناء أنظمة الاتصالات اللاسلكية

1.1 هندسة أنظمة الاتصالات الخلوية.

1.2 خدمة المشتركين عن طريق الشبكة.

1.3 طرق فصل المشتركين في الاتصالات الخلوية

1.4 معيار DECT للاتصالات.

1.5 بلوتوث، معايير واي فاي (802.11، 802.16).

2. أنظمة الإشارات المعقدة لأنظمة الاتصالات.

2.1 أطياف الإشارة

2.2 خصائص ارتباط الإشارات

2.3 أنواع الإشارات المعقدة

2.4 أنظمة الإشارات المشتقة

3. تعديل الإشارات المعقدة

3.1 التمثيل الهندسي للإشارات

3.2 طرق معالجة طور الإشارات (PM2، PM4، OFM).

3.3 التشكيل مع الحد الأدنى من تحول التردد.

4.3 التشكيل التربيعي وخصائصه (QPSK، QAM).

3.5 تنفيذ أجهزة المودم التربيعية.

4. خصائص استقبال الإشارة في أنظمة الاتصالات.

1.4 احتمال حدوث أخطاء في تمييز الإشارات المعروفة M

4.2 احتمال حدوث أخطاء في التمييز بين الإشارات المتقلبة M.

4.3 حساب الأخطاء في تمييز الإشارات M عن الأشياء المجهولة

المعلمات غير الطاقة.

4.4 مقارنة أنظمة الاتصالات المتزامنة وغير المتزامنة.

5. الخلاصة.

6 - المراجع

1. مبادئ بناء أنظمة الاتصالات اللاسلكية

1.1 هندسة أنظمة الاتصالات الخلوية

نظام الاتصالات الخلوية هو نظام تقني معقد ومرن يسمح بتنوع كبير، سواء في خيارات التكوين أو في نطاق الوظائف المنجزة. ومن الأمثلة على تعقيد ومرونة النظام هو أنه يمكنه نقل الكلام وأنواع أخرى من المعلومات، وخاصة الرسائل النصية وبيانات الكمبيوتر. ومن حيث النقل الصوتي، فيمكن تنفيذ الاتصال الهاتفي التقليدي ثنائي الاتجاه، والاتصال الهاتفي متعدد الاتجاهات (ما يسمى بالمكالمة الجماعية - مع مشاركة أكثر من مشتركين في محادثة في نفس الوقت)، والبريد الصوتي . عند تنظيم محادثة هاتفية عادية ثنائية الاتجاه تبدأ بمكالمة، تكون أوضاع إعادة الاتصال التلقائي وانتظار المكالمات وإعادة توجيه المكالمات ممكنة.

يتم بناء نظام الاتصالات الخلوية على شكل مجموعة من الخلايا، أو الخلايا، التي تغطي منطقة الخدمة، على سبيل المثال، أراضي مدينة بها ضواحي. عادة ما يتم تصوير الخلايا بشكل تخطيطي على شكل أشكال سداسية منتظمة متساوية الحجم (الشكل 1.1)، والتي، بسبب تشابهها مع قرص العسل، كانت السبب وراء تسمية النظام بالخلوي. يرتبط الهيكل الخلوي أو الخلوي للنظام ارتباطًا مباشرًا بمبدأ إعادة استخدام التردد - وهو المبدأ الأساسي للنظام الخلوي، والذي يحدد الاستخدام الفعال لنطاق التردد المخصص وقدرة النظام العالية.

أرز. 1.1. خلايا (خلايا) النظام تغطي كامل المنطقة المخدومة.

توجد في وسط كل خلية محطة قاعدة تخدم جميع المحطات المتنقلة (أجهزة الهاتف الراديوي المشتركة) داخل خليتها (الشكل 1.2). عندما ينتقل المشترك من خلية إلى أخرى، يتم نقل خدمته من محطة أساسية إلى أخرى. جميع المحطات الأساسية للنظام، بدورها، متصلة بمركز التبديل، الذي يمكن من خلاله الوصول إلى شبكة الاتصالات المترابطة (ICN) في روسيا، على وجه الخصوص، إذا حدث ذلك في مدينة، فيمكن الوصول إلى المدينة العادية شبكة الهاتف السلكية.

أرز. 1.2. خلية واحدة بها محطة أساسية في الوسط تخدم جميع المحطات المتنقلة في الخلية.

في التين. 1.3. يظهر مخطط وظيفي يتوافق مع الهيكل الموصوف.

أرز. 1.3. رسم تخطيطي وظيفي مبسط لنظام الاتصالات الخلوية: BS – المحطة الأساسية؛ PS – محطة متنقلة (جهاز الهاتف اللاسلكي المشترك).

في الواقع، لا تمتلك الخلايا أبدًا شكلًا هندسيًا صارمًا. الحدود الفعلية للخلايا لها شكل منحنيات غير منتظمة، اعتمادًا على ظروف انتشار وتوهين موجات الراديو، أي. على التضاريس وطبيعة وكثافة الغطاء النباتي والمباني والعوامل المشابهة. علاوة على ذلك، فإن حدود الخلايا بشكل عام غير محددة بشكل واضح، حيث أن حدود تسليم محطة متنقلة من خلية إلى أخرى يمكن أن تتغير ضمن حدود معينة مع تغيرات في ظروف انتشار الموجات الراديوية واعتمادا على اتجاه حركة الخلية المتنقلة محطة. وبنفس الطريقة، فإن موضع المحطة الأساسية يتطابق تقريبًا تقريبًا مع مركز الخلية، وهو أيضًا ليس من السهل تحديد ما إذا كانت الخلية لها شكل غير منتظم بشكل لا لبس فيه. إذا كانت المحطات الأساسية تستخدم هوائيات اتجاهية (غير متناحية في المستوى الأفقي)، فإن المحطات الأساسية تنتهي فعليًا عند حدود الخلايا. علاوة على ذلك، قد يشتمل نظام الاتصالات الخلوية على أكثر من مركز تحويل واحد، وهو ما قد يكون بسبب تطور النظام أو قيود قدرة التبديل. من الممكن، على سبيل المثال، أن يكون لديك هيكل من النوع الموضح في الشكل. 1.4. - مع العديد من مراكز التبديل، يمكن تسمية أحدها تقليديًا بـ "الرأس" أو "السيد".

أرز. 1.4. نظام اتصالات خلوي مع مركزين للتبديل.

لنفكر في محطة متنقلة - أبسط عنصر في نظام الاتصالات الخلوية من حيث الوظيفة والتصميم، علاوة على ذلك، فهي العنصر الوحيد في النظام الذي يمكن للمستخدم الوصول إليه فعليًا.

يظهر الرسم التخطيطي للمحطة المتنقلة في الشكل. 1.5. ويشمل:

كتلة التحكم

وحدة الإرسال والاستقبال

كتلة الهوائي.

أرز. 1.5. رسم تخطيطي لمحطة متنقلة (جهاز هاتف لاسلكي مشترك).

تشتمل كتلة جهاز الإرسال والاستقبال بدورها على جهاز إرسال وجهاز استقبال ومُركِّب تردد وكتلة منطقية.

وحدة الهوائي هي الأبسط في التركيب: فهي تشتمل على الهوائي نفسه ومفتاح الإرسال والاستقبال. يمكن أن يكون الأخير بالنسبة للمحطة الرقمية عبارة عن مفتاح إلكتروني يربط الهوائي إما بمخرج المرسل أو بمدخل جهاز الاستقبال، حيث أن المحطة المتنقلة للنظام الرقمي لا تعمل أبدًا على الاستقبال والإرسال في وقت واحد.

تشتمل وحدة التحكم على سماعة هاتف - ميكروفون ومكبر صوت ولوحة مفاتيح وشاشة. يتم استخدام لوحة المفاتيح (حقل اتصال به مفاتيح رقمية ووظيفية) لطلب رقم هاتف المشترك الذي تم الاتصال به، بالإضافة إلى الأوامر التي تحدد وضع تشغيل المحطة المتنقلة. يتم استخدام الشاشة لعرض المعلومات المختلفة التي يوفرها الجهاز ووضع التشغيل للمحطة.

وحدة الإرسال والاستقبال أكثر تعقيدًا.

يشمل الارسال:

المحول التناظري إلى الرقمي (ADC) - يحول الإشارة من مخرج الميكروفون إلى شكل رقمي، ويتم تنفيذ جميع عمليات المعالجة ونقل إشارة الكلام اللاحقة في شكل رقمي، حتى التحويل العكسي من رقمي إلى تناظري؛

يقوم برنامج تشفير الكلام بتشفير إشارة الكلام - يقوم بتحويل الإشارة الرقمية وفقًا لقوانين معينة من أجل تقليل تكرارها، أي. من أجل تقليل كمية المعلومات المنقولة عبر قناة الاتصال؛

أداة تشفير القناة - تضيف معلومات إضافية (زائدة عن الحاجة) إلى الإشارة الرقمية المستلمة من مخرج أداة تشفير الكلام، وهي مصممة للحماية من الأخطاء عند إرسال الإشارة عبر خط الاتصال؛ لنفس الغرض، تخضع المعلومات لعملية إعادة تغليف معينة (الضرب)؛ بالإضافة إلى ذلك، يتضمن مشفر القناة معلومات التحكم الواردة من الكتلة المنطقية إلى الإشارة المرسلة؛

المغير - ينقل معلومات إشارة الفيديو المشفرة إلى تردد الناقل.

يتوافق تكوين جهاز الاستقبال بشكل أساسي مع جهاز الإرسال، ولكن مع الوظائف العكسية للكتل المكونة له:

يقوم مزيل التشكيل باستخراج إشارة فيديو مشفرة تحمل معلومات من إشارة الراديو المعدلة؛

يقوم مفكك تشفير القناة باستخراج معلومات التحكم من تدفق الإدخال وتوجيهها إلى الكتلة المنطقية؛ يتم فحص المعلومات المستلمة بحثًا عن الأخطاء، ويتم تصحيح الأخطاء المحددة إن أمكن؛ قبل إجراء مزيد من المعالجة، تخضع المعلومات المستلمة لإعادة التعبئة العكسية (بالنسبة إلى جهاز التشفير)؛

يقوم جهاز فك تشفير الكلام باستعادة إشارة الكلام الواردة من جهاز فك تشفير القناة، وتحويلها إلى شكل طبيعي، مع التكرار المتأصل فيه، ولكن في شكل رقمي؛

يقوم المحول الرقمي إلى التناظري (DAC) بتحويل إشارة الكلام المستلمة إلى شكل تناظري ويزودها بمخرج السماعة؛

يعمل المعادل على التعويض جزئيًا عن تشويه الإشارة بسبب الانتشار متعدد المسارات؛ وهو في الأساس مرشح تكيفي، يتم تعديله وفقًا لتسلسل تدريب الرموز المضمنة في المعلومات المرسلة؛ إن كتلة المعادل ليست ضرورية وظيفيًا بشكل عام وقد تكون غائبة في بعض الحالات.

يُطلق أحيانًا على مجموعة التشفير ووحدة فك التشفير اسم برنامج الترميز.

بالإضافة إلى جهاز الإرسال والاستقبال، تشتمل وحدة الإرسال والاستقبال على وحدة منطقية ومركب تردد. الوحدة المنطقية هي في الواقع حاسوب صغير مزود بذاكرة الوصول العشوائي (RAM) الخاصة به والذاكرة الدائمة التي تتحكم في تشغيل المحطة المتنقلة. المركب هو مصدر تذبذبات تردد الموجة الحاملة المستخدم لنقل المعلومات عبر قناة الراديو. يرجع وجود مذبذب محلي ومحول تردد إلى حقيقة استخدام أجزاء مختلفة من الطيف للإرسال والاستقبال.

يظهر الشكل التخطيطي للمحطة الأساسية في الشكل. 1.6.

أرز. 1.6. مخطط كتلة للمحطة الأساسية.

يسمح وجود عدة أجهزة استقبال ونفس العدد من أجهزة الإرسال بالتشغيل المتزامن على عدة قنوات بترددات مختلفة.

تحتوي أجهزة الاستقبال وأجهزة الإرسال التي تحمل الاسم نفسه على مذبذبات مرجعية مشتركة قابلة للضبط، مما يضمن ضبطها المنسق عند الانتقال من قناة إلى أخرى. لضمان التشغيل المتزامن لأجهزة الاستقبال N لكل هوائي استقبال وأجهزة إرسال N لكل هوائي إرسال، يتم تثبيت مقسم طاقة بمخرجات N بين هوائي الاستقبال وأجهزة الاستقبال، ويتم تثبيت جهاز توصيل طاقة بمدخلات N بين أجهزة الإرسال وهوائي الإرسال.

يتمتع جهاز الاستقبال وجهاز الإرسال بنفس البنية الموجودة في المحطة المتنقلة، باستثناء أنه لا يوجد DAC أو ADC لأن كلاً من مدخلات جهاز الإرسال وإخراج جهاز الاستقبال رقميان.

تقوم وحدة واجهة خط الاتصال بتعبئة المعلومات المرسلة عبر خط الاتصال إلى مركز التبديل وتفريغ المعلومات الواردة منه.

وحدة التحكم في المحطة الأساسية، وهي عبارة عن جهاز كمبيوتر قوي ومتطور إلى حد ما، توفر التحكم في تشغيل المحطة، بالإضافة إلى مراقبة أداء جميع كتلها وعقدها.

مركز التبديل هو مركز الدماغ وفي نفس الوقت مركز التحكم في نظام الاتصالات الخلوية، الذي تتدفق إليه المعلومات من جميع المحطات الأساسية المغلقة ويتم من خلاله توفير الوصول إلى شبكات الاتصال الأخرى - شبكة الهاتف الأرضي، لمسافات طويلة شبكات الاتصالات، والاتصالات عبر الأقمار الصناعية، والشبكات الخلوية الأخرى.

يظهر الشكل التخطيطي لمركز التبديل في الشكل. 1.7. يقوم المفتاح بتبديل تدفق المعلومات بين خطوط الاتصال المقابلة. ويمكنه، على وجه الخصوص، توجيه تدفق المعلومات من محطة قاعدة إلى أخرى، أو من محطة قاعدة إلى شبكة اتصالات ثابتة، أو العكس.

يتم توصيل المحول بخطوط الاتصال من خلال وحدات تحكم الاتصالات المناسبة التي تقوم بإجراء معالجة وسيطة (التعبئة/التفريغ، التخزين المؤقت) لتدفقات المعلومات. يتم التحكم العام في تشغيل مركز التبديل والنظام ككل من خلال وحدة تحكم مركزية تتمتع بدعم رياضي قوي. يتطلب عمل مركز التبديل المشاركة الفعالة للمشغلين، وبالتالي يتضمن المركز المحطات الطرفية المناسبة، بالإضافة إلى وسائل عرض وتسجيل (توثيق) المعلومات. يقوم المشغل بإدخال بيانات حول المشتركين وشروط خدمتهم، بالإضافة إلى البيانات الأولية حول أوضاع تشغيل النظام.

أرز. 1.7. مخطط كتلة لمركز التبديل.

العناصر الهامة للنظام هي قواعد البيانات - سجل المنزل، سجل الضيوف، مركز المصادقة، سجل المعدات. يحتوي السجل المنزلي على معلومات عن جميع المشتركين المسجلين في هذا النظام وأنواع الخدمات التي يمكن تقديمها لهم. وهنا يتم تسجيل موقع المشترك لتنظيم مكالمته، ويتم تسجيل الخدمات المقدمة فعلياً. يحتوي سجل الضيوف تقريبًا على نفس المعلومات حول المشتركين - الضيوف (المتجولون)، أي. عن المشتركين المسجلين في نظام آخر، ولكنهم يستخدمون حالياً خدمات الاتصالات الخلوية في هذا النظام. يوفر مركز المصادقة إجراءات مصادقة المشترك وتشفير الرسائل. ويحتوي سجل المعدات، إن وجد، على معلومات حول المحطات المتنقلة العاملة فيما يتعلق بقابليتها للخدمة والاستخدام المصرح به.

1.2 خدمة المشتركين عن طريق الشبكة

الواجهة عبارة عن نظام إشارات تتصل من خلاله أجهزة نظام الاتصالات الخلوية ببعضها البعض. يستخدم كل معيار خلوي عدة واجهات (تختلف في المعايير المختلفة).

من بين جميع الواجهات المستخدمة في الاتصالات الخلوية، تحتل واحدة مكانًا خاصًا - وهي واجهة التبادل بين المحطات المتنقلة والمحطات الأساسية. يطلق عليه واجهة الهواء. تُستخدم الواجهة عبر الهواء بالضرورة في أي نظام اتصال خلوي، بأي تكوين وفي الخيار الوحيد الممكن لمعيار الاتصال الخلوي الخاص به.

الواجهة الهوائية لنظام D-AMPS بمعيار IS-54 بسيطة نسبيًا (الشكل 1.8).

قناة المرور هي قناة لنقل الصوت أو البيانات. يتم تنظيم إرسال المعلومات في قناة الحركة في إطارات متتالية مدتها 40 مللي ثانية. يتكون كل إطار من ست فترات زمنية – فترات زمنية؛ مدة الفتحة (6.67 مللي ثانية) تقابل 324 بت. مع التشفير بمعدل كامل، يتم تخصيص فترتين لقناة كلام واحدة في كل إطار، أي. يتم تجميع مقطع كلام مدته 20 مللي ثانية في فتحة واحدة يبلغ طولها ثلثها. مع التشفير بنصف المعدل، يتم تخصيص فتحة واحدة في الإطار لقناة كلام واحدة، أي. تكون تعبئة إشارة الكلام ضعف كثافة تشفير المعدل الكامل.

الشكل 1.8. هيكل الإطار والفتحة لنظام D-AMPS (قناة المرور؛ معيار IS-54): البيانات - معلومات الكلام؛ Sync(Sc) - تسلسل المزامنة (التدريب)؛ SACCH – معلومات قناة التحكم في المحاذاة البطيئة؛ CDVCC(CC) - رمز تأكيد اللون الرقمي المشفر؛ ز – شكل وقائي. R - الفاصل الزمني الأمامي لنبض المرسل؛ V، W، X، Y - الأصفار السداسية العشرية؛ الدقة - الاحتياطي.

تحتوي الفتحة على بنية مختلفة قليلاً في قناة المرور الأمامية - من المحطة الأساسية إلى المحطة المتنقلة وفي قناة المرور العكسية - من المحطة المتنقلة إلى المحطة الأساسية. وفي كلتا الحالتين، يتم تخصيص 260 بت لنقل الكلام. 52 بت أخرى مشغولة بالتحكم والمعلومات المساعدة. يتضمن: تسلسل تدريب 28 بت يستخدم لتحديد فتحة داخل الإطار، ومزامنة الفتحة في الوقت المناسب وضبط المعادل؛ رسالة تشوير SACCH ذات 12 بت (المراقبة والتحكم)؛ حقل رمز اللون الرقمي المشفر (CDVCC) ذو 12 بت الذي يعمل على تحديد المحطة المتنقلة عند استقبال المحطة الأساسية لإشارتها (يتم تعيين الرمز بواسطة المحطة الأساسية بشكل فردي لكل قناة، أي لكل محطة متنقلة ويتم تعيينه يتم ترحيلها بواسطة الأخير إلى المحطة الأساسية).

لا يتم استخدام الـ 12 بت المتبقية في القناة الأمامية (الاحتياطية)، وفي القناة العكسية تعمل كفاصل حراسة، حيث لا يتم إرسال أي معلومات مفيدة.

في المرحلة الأولى من إنشاء الاتصال، يتم استخدام فتحة مختصرة يتم فيها تكرار تسلسل المزامنة ورمز CDVCC عدة مرات، مفصولة بأرقام صفرية ذات أطوال مختلفة. يوجد في نهاية الفتحة المختصرة شكل وقائي إضافي. ترسل المحطة المتنقلة فترات زمنية مختصرة حتى تختار المحطة الأساسية التأخير الزمني المطلوب، والذي يتم تحديده بواسطة مسافة المحطة المتنقلة من المحطة الأساسية.

هناك عدة قنوات اتصال: الترددية والمادية والمنطقية.

قناة التردد هي نطاق تردد مخصص لنقل المعلومات من قناة اتصال واحدة. ويمكن وضع عدة قنوات مادية في قناة تردد واحدة، على سبيل المثال، بطريقة TDMA.

القناة المادية في نظام الوصول المتعدد بتقسيم الزمن (TDMA) هي فترة زمنية ذات رقم محدد في تسلسل إطارات السطح البيني الهوائي.

يتم تقسيم القنوات المنطقية حسب نوع المعلومات المرسلة في القناة المادية إلى قناة المرور وقناة التحكم. تحمل قناة التحكم معلومات الإشارة، بما في ذلك معلومات التحكم ومعلومات مراقبة حالة المعدات، وتحمل قناة المرور الكلام والبيانات.

(حركة المرور عبارة عن مجموعة من الرسائل المرسلة عبر خط اتصال.)

دعونا ننظر في تشغيل محطة متنقلة داخل خلية واحدة من نظامها ("المنزلي")، دون تسليم. وفي هذه الحالة يمكن تمييز أربع مراحل في تشغيل المحطة المتنقلة تتوافق مع أربعة أوضاع تشغيل:

التشغيل والتهيئة؛

وضعيه الإستعداد؛

وضع الاتصال (الاتصال) ؛

وضع الاتصال (محادثة هاتفية).

بعد تشغيل المحطة المتنقلة، يتم إجراء التهيئة - البداية الأولية. خلال هذه المرحلة، يتم تكوين المحطة المتنقلة للعمل كجزء من النظام - وفقًا للإشارات التي تنتقل بانتظام من المحطات الأساسية عبر قنوات التحكم المقابلة، وبعد ذلك تدخل المحطة المتنقلة في وضع الاستعداد.

أثناء وجودها في وضع الخمول، تراقب المحطة المتنقلة ما يلي:

التغييرات في معلومات النظام - يمكن ربط هذه التغييرات بالتغييرات في وضع تشغيل النظام وبحركات المحطة المتنقلة نفسها؛

أوامر النظام - على سبيل المثال، أمر لتأكيد وظائفه؛

تلقي مكالمة من النظام.

تهيئة مكالمة من المشترك الخاص بك.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن للمحطة المتنقلة بشكل دوري، على سبيل المثال مرة كل 10...15 دقيقة، تأكيد وظائفها عن طريق إرسال الإشارات المقابلة إلى المحطة الأساسية. في مركز التبديل، لكل محطة متنقلة قيد التشغيل، يتم تثبيت الخلية التي "تم تسجيلها" فيها، مما يسهل تنظيم إجراء الاتصال بمشترك الهاتف المحمول.

إذا استقبل النظام مكالمة إلى رقم مشترك في الهاتف المحمول، فإن مركز التبديل يوجه هذه المكالمة إلى المحطة الأساسية للخلية التي تكون المحطة المتنقلة "مسجلة" فيها، أو إلى عدة محطات قاعدة بالقرب من هذه الخلية - مع مع الأخذ في الاعتبار الحركة المحتملة للمشترك في الوقت الذي انقضى منذ "التسجيل" الأخير، وتقوم المحطات الأساسية ببثها عبر قنوات الاتصال المناسبة. تستقبل المحطة المتنقلة في وضع الخمول المكالمة وتجيب عليها من خلال محطتها الأساسية، وتقوم في نفس الوقت بإرسال البيانات اللازمة لإجراء المصادقة. وإذا كانت نتيجة الاستيقان إيجابية، يتم تخصيص قناة حركة ويتم إبلاغ المحطة المتنقلة برقم قناة التردد المقابل. يتم ضبط المحطة المتنقلة على قناة مخصصة، وتقوم مع المحطة الأساسية بتنفيذ الخطوات اللازمة لإعداد جلسة اتصال. في هذه المرحلة، تقوم المحطة المتنقلة بضبط رقم الفتحة المحدد في الإطار، وتوضيح التأخير الزمني، وضبط مستوى الطاقة المنبعثة، وما إلى ذلك. يتم اختيار التأخير الزمني بغرض التنسيق الزمني للفتحات الموجودة في الإطار عند تنظيم الاتصالات مع محطات متنقلة تقع على مسافات مختلفة من المحطة الأساسية. وفي هذه الحالة، يتم ضبط التأخير الزمني للرزمة المرسلة بواسطة المحطة المتنقلة وفقًا لأوامر المحطة الأساسية.

تقوم المحطة الأساسية بعد ذلك بإصدار رسالة رنين تعترف بها المحطة المتنقلة ويتمكن المتصل من سماع نغمة الرنين. عندما يقوم الطرف المتصل بالرد على المكالمة، تصدر المحطة المتنقلة طلبًا لإنهاء المكالمة. عند اكتمال الاتصال، تبدأ جلسة الاتصال.

أثناء المحادثة، تقوم المحطة المتنقلة بمعالجة إشارات الكلام المرسلة والمستقبلة، بالإضافة إلى إشارات التحكم المرسلة بالتزامن مع الكلام. وفي نهاية المحادثة، يتم تبادل رسائل الخدمة بين المحطات المتنقلة ومحطات القاعدة، وبعد ذلك يتم إيقاف تشغيل جهاز إرسال المحطة المتنقلة وتنتقل المحطة إلى وضع الاستعداد.

إذا تم بدء المكالمة من المحطة المتنقلة، أي. يقوم المشترك بطلب رقم المشترك المتصل به والضغط على زر "اتصال" في لوحة التحكم، ثم تقوم محطة الهاتف المحمول بإرسال رسالة عبر محطتها الأساسية تشير إلى الرقم المتصل والبيانات الخاصة بالمصادقة على مشترك الهاتف المحمول. بعد المصادقة، تقوم المحطة الأساسية بتعيين قناة مرور، وتكون الخطوات اللاحقة لإعداد جلسة الاتصال هي نفسها عند وصول مكالمة من النظام.

تقوم المحطة الأساسية بعد ذلك بإعلام مركز التبديل بأن المحطة المتنقلة جاهزة، ويقوم مركز التبديل بإرسال المكالمة إلى الشبكة، ويتمكن مشترك المحطة المتنقلة من سماع إشارات "اتصال" أو "مشغول". تم إنهاء الاتصال على جانب الشبكة.

في كل مرة يتم إنشاء اتصال، يتم تنفيذ إجراءات المصادقة وتحديد الهوية.

المصادقة هي إجراء للتأكد من صحة (صحة وشرعية وتوافر حقوق استخدام خدمات الاتصالات الخلوية) لمشترك في نظام الاتصالات المتنقلة. ترجع الحاجة إلى إدخال هذا الإجراء إلى الإغراء الحتمي للوصول غير المصرح به إلى خدمات الاتصالات الخلوية.

تحديد الهوية هو إجراء لتحديد أن المحطة المتنقلة تنتمي إلى إحدى المجموعات التي لها خصائص أو خصائص معينة. يُستخدم هذا الإجراء لتحديد الأجهزة المفقودة أو المسروقة أو المعيبة.

تتمثل فكرة إجراء المصادقة في نظام الاتصالات الخلوية الرقمية في تشفير بعض كلمات المرور التعريفية باستخدام أرقام شبه عشوائية تنتقل بشكل دوري إلى المحطة المتنقلة من مركز التبديل، وخوارزمية تشفير فردية لكل محطة متنقلة. يتم تنفيذ هذا التشفير، باستخدام نفس بيانات الإدخال والخوارزميات، في كل من المحطة المتنقلة ومركز التبديل، وتعتبر المصادقة ناجحة إذا تطابقت كلتا النتيجتين.

يتكون إجراء تحديد الهوية من مقارنة معرف جهاز المشترك بالأرقام الواردة في "القوائم السوداء" المقابلة لسجل المعدات من أجل إزالة الأجهزة المسروقة والمعيبة تقنيًا من التداول. يتم إنشاء معرف الجهاز بطريقة تجعل من الصعب وغير المربح اقتصاديًا تغييره أو تزييفه.

عندما تنتقل محطة متنقلة من خلية إلى أخرى، تنتقل خدمتها من المحطة الأساسية للخلية الأولى إلى المحطة الأساسية للخلية الثانية (الشكل 1.9). وتسمى هذه العملية بالتسليم. ويحدث ذلك فقط عندما تعبر المحطة المتنقلة حدود الخلية أثناء جلسة الاتصال ولا ينقطع الاتصال. إذا كانت المحطة المتنقلة في وضع الاستعداد، فإنها تقوم ببساطة بتتبع هذه الحركات باستخدام معلومات النظام المرسلة عبر قناة التحكم، وفي الوقت المناسب تقوم بالتبديل إلى إشارة أقوى من محطة قاعدة أخرى.

أرز. 1.9. التسليم من الخلية A إلى الخلية B عندما تعبر محطة متنقلة حدود الخلية.

وتحدث الحاجة إلى التسليم عندما تكون جودة قناة الاتصال، مقاسة بقوة الإشارة و/أو معدل خطأ البت، أقل من الحد المقبول. في معيار D-AMPS، تقيس المحطة المتنقلة هذه الخصائص للخلية العاملة فقط، ولكن إذا تدهورت جودة الاتصال، فإنها تبلغ ذلك عبر المحطة الأساسية إلى مركز التبديل، وبأمر الأخير يتم إجراء قياسات مماثلة عن طريق محطات متنقلة في الخلايا المجاورة. وبناء على نتائج هذه القياسات يقوم مركز التبديل باختيار الخلية التي سيتم نقل الخدمة إليها.

يتم نقل الخدمة من خلية ذات أسوأ جودة لقناة الاتصال إلى خلية ذات أفضل جودة، ويجب أن يكون الفرق المحدد على الأقل بعض القيمة المحددة. إذا لم يكن هذا الشرط مطلوبًا، على سبيل المثال، عندما تتحرك محطة متنقلة تقريبًا على طول حدود الخلية، فمن الممكن إجراء عمليات تسليم متعددة من الخلية الأولى إلى الخلية الثانية والعودة، مما يؤدي إلى تحميل النظام بعمل لا معنى له وإلى انخفاض في جودة الاتصالات.

بعد اتخاذ قرار تسليم واختيار خلية جديدة، يقوم مركز التبديل بإبلاغ المحطة الأساسية للخلية الجديدة بذلك، وتقوم المحطة المتنقلة من خلال المحطة الأساسية للخلية القديمة بإصدار الأوامر اللازمة للإشارة إلى قناة التردد الجديدة ، رقم فتحة العمل، الخ. تتم إعادة تكوين المحطة المتنقلة إلى قناة جديدة وتكوينها للعمل مع المحطة الأساسية الجديدة، مع تنفيذ نفس الخطوات تقريبًا كما هو الحال عند إعداد جلسة اتصال، وبعد ذلك يستمر الاتصال من خلال المحطة الأساسية للخلية الجديدة. وفي هذه الحالة، لا تتجاوز فترة انقطاع المحادثة الهاتفية جزءًا من الثانية وتظل غير مرئية للمشترك.

يمكن لنظام الاتصالات الخلوية توفير وظيفة التجوال - وهذا هو الإجراء الخاص بتوفير خدمات الاتصالات الخلوية لمشترك لدى مشغل واحد في نظام مشغل آخر.

المخطط المثالي والمبسط لتنظيم التجوال هو كما يلي: المشترك الخلوي الذي يجد نفسه في منطقة نظام "أجنبي" يسمح بالتجوال، يبدأ مكالمة كما لو كان في منطقة نظامه "الخاص به". مركز التبديل، بعد التأكد من أن هذا المشترك غير مدرج في سجله الرئيسي، ينظر إليه على أنه متجول ويدخله في سجل الضيوف. وفي الوقت نفسه، يطلب في السجل الرئيسي لنظام المتجول "الأصلي" المعلومات المتعلقة به والضرورية لتنظيم الخدمة، والتقارير في أي نظام يوجد المتجول حاليًا؛ يتم تسجيل أحدث المعلومات في السجل الرئيسي للنظام "الأصلي" الخاص بالمتجول. بعد ذلك، يستخدم المتجول الاتصالات الخلوية كما لو كان في المنزل.

1.3 طرق فصل المشتركين في الاتصالات الخلوية

يمثل مورد الاتصال الوقت وعرض النطاق الترددي المتاح لنقل الإشارة في نظام معين. لإنشاء نظام اتصالات فعال، من الضروري التخطيط لتخصيص الموارد بين مستخدمي النظام بحيث يتم استخدام الوقت/التردد بأكبر قدر ممكن من الكفاءة. وينبغي أن تكون نتيجة هذا التخطيط هي الوصول المتساوي للمستخدمين إلى المورد. هناك ثلاث طرق رئيسية لفصل المشتركين في نظام الاتصالات.

1. تقسيم التردد. يتم تخصيص نطاقات فرعية محددة من نطاق التردد المستخدم.

2. الانفصال الزمني. يتم تخصيص فترات زمنية دورية للمشتركين. توفر بعض الأنظمة للمستخدمين وقتًا محدودًا للتواصل. وفي حالات أخرى، يتم تحديد الوقت الذي يصل فيه المستخدمون إلى المورد ديناميكيًا.

3. فصل الكود. تم تحديد عناصر معينة من مجموعة من الشفرات الطيفية الموزعة بشكل متعامد (أو تقريبًا بشكل متعامد)، ويستخدم كل منها نطاق التردد بأكمله.

مع تعدد الإرسال بتقسيم التردد (FDMA)، يتم توزيع مورد الاتصال وفقًا للشكل 1. 1.10. هنا، يكون توزيع الإشارات أو المستخدمين عبر نطاق ترددي طويل الأجل أو دائمًا. يمكن لمورد الاتصال أن يحتوي في الوقت نفسه على عدة إشارات متباعدة في الطيف.

يحتوي نطاق التردد الأساسي على إشارات تستخدم الفاصل الترددي بين f 0 و f 1، والثاني - بين f 2 و f 3، وما إلى ذلك. تسمى مناطق الطيف الواقعة بين النطاقات المستخدمة نطاقات الحراسة. تعمل نطاقات الحراسة كمخزن مؤقت، مما يقلل من التداخل بين القنوات المجاورة (في التردد).

أرز. 1.10. تردد بالتقسيم.

لجعل الإشارة غير المشكَّلة تستخدم نطاق تردد أعلى، يتم تحويلها عن طريق تراكب أو مزج (تعديل) هذه الإشارة وإشارة موجة جيبية ذات تردد ثابت.

في MA (TDMA) بتقسيم الزمن، يتم توزيع مورد الاتصال من خلال تزويد كل إشارة من إشارات M (المستخدمين) بالطيف بأكمله لفترة زمنية قصيرة تسمى فترة زمنية (الشكل 1.11). تسمى الفترات الزمنية التي تفصل بين الفواصل الزمنية المستخدمة فترات الحراسة.

يخلق الفاصل الحارس بعض عدم اليقين الزمني بين الإشارات المتجاورة ويعمل كمخزن مؤقت، وبالتالي يقلل من التداخل. عادة، يتم تقسيم الوقت إلى فترات زمنية تسمى الإطارات. وينقسم كل إطار إلى فترات زمنية يمكن توزيعها بين المستخدمين. البنية العامة للإطارات دورية، بحيث يكون إرسال بيانات TDMA عبارة عن فترة زمنية واحدة أو أكثر تتكرر بشكل دوري خلال كل إطار.

أرز. 1.11. ختم مع فصل مؤقت.

يعد الوصول المتعدد بتقسيم الكود (CDMA) تطبيقًا عمليًا لتقنيات الطيف المنتشر التي يمكن تقسيمها إلى فئتين رئيسيتين: طيف انتشار التسلسل المباشر وطيف انتشار قفز التردد.

دعونا نفكر في توسيع الطيف باستخدام طريقة التسلسل المباشر. حصل الطيف المنتشر على اسمه من حقيقة أن عرض النطاق الترددي المستخدم لنقل الإشارة أوسع بكثير من الحد الأدنى المطلوب لنقل البيانات. لذلك، يتلقى المستخدمون N رمزًا فرديًا g i (t)، حيث i = 1,2,…,N. الرموز متعامدة تقريبًا.

يظهر الشكل 1 رسمًا تخطيطيًا لنظام CDMA القياسي. 1.12.

أرز. 1.12. الوصول المتعدد لقسم الكود.

تتوافق الكتلة الأولى من الدائرة مع تعديل بيانات الموجة الحاملة Acosω 0 t. يمكن كتابة خرج المشكل الذي ينتمي إلى المستخدم من المجموعة 1 بالشكل التالي: s 1 (t)=A 1 (t)cos(ω 0 t+φ 1 (t)).

يمكن أن يكون نوع الإشارة المستقبلة تعسفيًا. ويتم ضرب الإشارة المشكَّلة بإشارة الانتشار g 1 (t)، المخصصة للمجموعة 1؛ ويتم إرسال النتيجة g 1 (t)s 1 (t) عبر القناة. وبالمثل، بالنسبة لمستخدمي المجموعات من 2 إلى N، يتم أخذ منتج دالة الكود والإشارة. في كثير من الأحيان، يقتصر الوصول إلى التعليمات البرمجية على مجموعة محددة بوضوح من المستخدمين. الإشارة الناتجة في القناة عبارة عن مزيج خطي من جميع الإشارات المرسلة. مع إهمال التأخير في إرسال الإشارة، يمكن كتابة المجموعة الخطية المحددة على النحو التالي: g 1 (t)s 1 (t)+ g 2 (t)s 2 (t)+…+ g N (t)s N (t) .

يؤدي ضرب s 1 (t) وg 1 (t) إلى الحصول على دالة طيفها هو التواء الأطياف s 1 (t) وg 1 (t). وبما أن الإشارة s 1 (t) يمكن اعتبارها نطاقًا ضيقًا (مقارنة بـ g 1 (t))، فإن النطاقين g 1 (t) s 1 (t) وg 1 (t) يمكن اعتبارهما متساويين تقريبًا. لنفترض أن جهاز استقبال تم تكوينه لاستقبال الرسائل من مجموعة المستخدمين 1. افترض أن الإشارة المستقبلة والرمز g 1 (t) الذي يولده جهاز الاستقبال متزامنان تمامًا مع بعضهما البعض. ستكون الخطوة الأولى للمستقبل هي ضرب الإشارة المستقبلة بـ g 1 (t). ونتيجة لذلك، فإن الدالة g 1 2 (t)s 1 (t) ومجموعة من الإشارات الجانبية g 1 (t)g 2 (t)s 2 (t)+ g 1 (t)g 3 (t)s سيتم الحصول على 3 (ر) )+…+ g 1 (t)g N (t)s N (t). إذا كانت وظائف الكود g i (t) متعامدة بشكل متبادل، فيمكن استخلاص الإشارة الناتجة بشكل مثالي في غياب الضوضاء، لأن

.

يتم تصفية الإشارات الجانبية بسهولة بواسطة النظام

.

المزايا الرئيسية لـ CDMA هي الخصوصية والحصانة من الضوضاء.

1. السرية. إذا كان رمز مجموعة المستخدمين معروفًا فقط للأعضاء المصرح لهم في تلك المجموعة، فإن CDMA يضمن سرية الاتصال لأن الأشخاص غير المصرح لهم الذين ليس لديهم الرمز لا يمكنهم الوصول إلى المعلومات التي يتم إرسالها.

2. مناعة الضوضاء. يتطلب تعديل الإشارة بتسلسل عند الإرسال إعادة تشكيلها بنفس التسلسل عند الاستقبال (وهو ما يعادل إزالة تشكيل الإشارة)، مما يؤدي إلى استعادة إشارة النطاق الضيق الأصلية. إذا كان التداخل ضيق النطاق، فإن تسلسل إزالة التشكيل المباشر عند الاستقبال يعمل عليه كتسلسل تعديل، أي. "ينشر" طيفه على نطاق واسع W ss، ونتيجة لذلك يقع جزء 1/G فقط من قدرة التداخل في النطاق الضيق للإشارة W s، بحيث يضعف تداخل النطاق الضيق بمقدار G مرات ، حيث G=W ss /W s (W ss - نطاق الطيف الممتد، W s - الطيف الأصلي). إذا كان التداخل عريض النطاق - مع نطاق من ترتيب W ss أو أوسع، فلن يغير إزالة التشكيل عرض طيفه، وسيدخل التداخل إلى نطاق الإشارة الضعيف عدة مرات مثل نطاقه أوسع من W s نطاق الإشارة الأصلية.

1.4 قياسي دكت للاتصال

يتم توزيع أنظمة وأجهزة DECT في أكثر من 30 دولة في جميع قارات الكوكب. في الواقع، DECT عبارة عن مجموعة من المواصفات التي تحدد الواجهات الراديوية لأنواع مختلفة من شبكات ومعدات الاتصالات. يجمع DECT بين المتطلبات والبروتوكولات والرسائل التي تمكن شبكات الاتصالات والمعدات الطرفية من التفاعل. لا يتم تضمين تنظيم الشبكات نفسها وتصميم المعدات في المعيار. تتمثل المهمة الأكثر أهمية لـ DECT في ضمان التوافق بين المعدات من مختلف الشركات المصنعة.

في البداية، ركزت DECT على الاتصالات الهاتفية - موسعات الراديو، والمبادلات الفرعية اللاسلكية الخاصة، وتوفير الوصول اللاسلكي إلى شبكات الهاتف العامة. ولكن تبين أن المعيار ناجح للغاية لدرجة أنه بدأ استخدامه في أنظمة نقل البيانات ووصول المشتركين اللاسلكي إلى شبكات الاتصالات العامة. لقد وجد DECT استخدامًا في تطبيقات الوسائط المتعددة وشبكات الراديو المنزلية والوصول إلى الإنترنت واتصالات الفاكس.

ما هي واجهة راديو DECT؟ في النطاق الواسع 20 ميجاهرتز (1880 - 1900 ميجاهرتز)، يتم تخصيص 10 ترددات حاملة بفاصل زمني قدره 1.728 ميجاهرتز. يستخدم DECT تقنية الوصول بتقسيم الوقت – TDMA. وينقسم الطيف الزمني إلى إطارات منفصلة كل منها 10 مللي ثانية (الشكل 1.13). وينقسم كل إطار إلى 24 فترة زمنية: 12 فترة للاستقبال (من وجهة نظر الجهاز القابل للارتداء) و12 للإرسال. وهكذا، في كل تردد من الترددات الحاملة العشرة، يتم تشكيل 12 قناة مزدوجة - 120 في المجموع يتم ضمان الازدواج عن طريق تقسيم الوقت (مع فاصل زمني قدره 5 مللي ثانية) للاستقبال/الإرسال. للمزامنة، يتم استخدام تسلسل 32 بت "101010...". يوفر DECT ضغطًا للكلام وفقًا لتقنية تعديل كود النبض التفاضلي التكيفي بسرعة 32 كيلوبت/ثانية. ولذلك، فإن جزء المعلومات في كل فتحة يبلغ 320 بت. عند نقل البيانات، من الممكن الجمع بين الفترات الزمنية. يستخدم مسار الراديو تعديل التردد الغوسي.

تقوم محطات DECT الأساسية (BS) ومحطات المشتركين (AT) بمسح جميع القنوات المتاحة باستمرار (حتى 120). في هذه الحالة، يتم قياس قوة الإشارة على كل قناة وإدخالها في قائمة RSSI. إذا كانت القناة مشغولة أو شديدة الضجيج، يكون مؤشر RSSI الخاص بها مرتفعًا. تختار محطة القاعدة القناة ذات أدنى قيمة RSSI من أجل الإرسال المستمر لمعلومات الخدمة حول مكالمات المشترك ومعرف هوية المحطة وقدرات النظام وما إلى ذلك. تلعب هذه المعلومات دور الإشارات المرجعية لـ AT - فباستخدامها، تحدد أجهزة المشتركين ما إذا كان لديهم الحق في الوصول إلى محطة قاعدة معينة، وما إذا كانت توفر الخدمات التي يطلبها المشترك، وما إذا كانت هناك سعة مجانية في النظام، وتختار BS مع إشارة أعلى جودة.

في DECT، تحدد قناة الاتصال دائمًا AT. عند طلب اتصال من BS (اتصال وارد)، يتلقى AT إشعارًا ويختار قناة راديو. يتم إرسال معلومات الخدمة بواسطة المحطة الأساسية ويتم تحليلها بواسطة محطة المشترك بشكل مستمر، وبالتالي، تتم مزامنة AT دائمًا مع أقرب محطة قاعدة متاحة. عند إنشاء اتصال جديد، يختار AT القناة ذات أقل قيمة RSSI - وهذا يضمن حدوث الاتصال الجديد على القناة "الأنظف" المتاحة. يتيح لك إجراء التخصيص الديناميكي للقناة التخلص من تخطيط التردد - وهو أهم خاصية لـ DECT.

أرز. 1.13. طيف DECT.

نظرًا لأن AT يقوم دائمًا، حتى عند إنشاء اتصال، بتحليل القنوات المتاحة، فيمكن تبديلها ديناميكيًا أثناء جلسة الاتصال. مثل هذا التبديل ممكن إلى قناة أخرى من نفس BS وإلى BS أخرى. ويسمى هذا الإجراء "التسليم". أثناء عملية التسليم، تقوم AT بإنشاء اتصال جديد، ويتم الحفاظ على الاتصال لبعض الوقت على كلا القناتين. ثم يتم اختيار الأفضل. يحدث التبديل التلقائي بين قنوات محطات القاعدة المختلفة دون أن يلاحظه أحد تقريبًا ويتم تشغيله بالكامل بواسطة AT.

من المهم أن تكون قوة الإشارة منخفضة جدًا في المسار الراديوي لمعدات DECT - من 10 إلى 250 ميجاوات. علاوة على ذلك، فإن 10 ميجاوات هي عمليًا القدرة الاسمية للأنظمة الخلوية الدقيقة التي يبلغ نصف قطرها 30-50 مترًا داخل المبنى وما يصل إلى 300-400 مترًا في الفضاء المفتوح. تُستخدم أجهزة إرسال تصل طاقتها إلى 250 ميجاوات للتغطية الراديوية لمساحات كبيرة (حتى 5 كم).

وبقدرة 10 ميغاواط، يمكن تحديد مواقع المحطات القاعدية على مسافة 25 مترًا، ونتيجة لذلك يتم تحقيق كثافة قياسية للاتصالات المتزامنة (حوالي 100 ألف مشترك)، على أن تكون محطة القاعدة موجودة وفق مخطط سداسي. نمط في نفس الطائرة (في نفس الطابق).

للحماية من الوصول غير المصرح به، تستخدم أنظمة DECT إجراءات مصادقة BS وAT. يتم تسجيل AT في النظام أو في المحطات الأساسية الفردية التي يمكنه الوصول إليها. مع كل اتصال، تحدث المصادقة: يرسل BS "طلبًا" إلى AT - رقم عشوائي (64 بت). واستناداً إلى هذا الرقم ومفتاح المصادقة، تقوم AT وBS، باستخدام خوارزمية معينة، بحساب استجابة المصادقة (32 بت)، والتي يرسلها AT إلى BS. يقارن BS الاستجابة المحسوبة مع الاستجابة المستلمة، وإذا كانت متطابقة، يسمح لـ AT بالاتصال. لدى DECT خوارزمية مصادقة قياسية، DSAA.

كقاعدة عامة، يتم حساب مفتاح المصادقة بناءً على مفتاح مصادقة المشترك UAK بطول 128 بت أو رمز مصادقة التيار المتردد (16 - 32 بت). يتم تخزين UAK في AT ROM أو في بطاقة DAM - وهي نظير لبطاقة SIM. يمكن كتابة التيار المتردد يدويًا على AT ROM أو إدخاله أثناء المصادقة. جنبا إلى جنب مع UAK، يتم استخدام معرف مستخدم UPI شخصي بطول 16-32 بت، ويتم إدخاله يدويًا فقط. بالإضافة إلى ذلك، يعد الاسترجاع غير المصرح به للمعلومات في الأنظمة المزودة بـ TDMA أمرًا صعبًا للغاية ولا يمكن الوصول إليه إلا للمتخصصين.

1.5 المعايير بلوتوث , واي - فاي (802.11, 802.16)

تصف مواصفات Bluetooth طريقة الحزمة لنقل المعلومات مع مضاعفة الوقت. يحدث التبادل الراديوي في نطاق التردد 2400-2483.5 ميجا هرتز. يستخدم المسار الراديوي طريقة توسيع الطيف من خلال قفزات التردد وتشكيل التردد الغوسي ثنائي المستوى.

وتعني طريقة قفز التردد أن كامل نطاق التردد المخصص للإرسال مقسم إلى عدد معين من القنوات الفرعية، عرض كل منها 1 ميجاهرتز. القناة عبارة عن تسلسل شبه عشوائي من القفزات عبر 79 أو 23 قناة فرعية للترددات الراديوية. وتنقسم كل قناة إلى مقاطع زمنية تبلغ مدتها 625 ميكروثانية، ويقابل كل مقطع قناة فرعية معينة. يستخدم جهاز الإرسال قناة فرعية واحدة فقط في كل مرة. تحدث القفزات بشكل متزامن في المرسل والمستقبل في تسلسل عشوائي زائف مثبت مسبقًا. يمكن أن يحدث ما يصل إلى 1600 قفزة ترددية في الثانية. تضمن هذه الطريقة السرية وبعض الحصانة من الضوضاء لعمليات الإرسال. يتم ضمان الحصانة من الضوضاء من خلال حقيقة أنه إذا تعذر استقبال الحزمة المرسلة على أي قناة فرعية، يقوم جهاز الاستقبال بالإبلاغ عن ذلك ويتم تكرار إرسال الحزمة على إحدى القنوات الفرعية التالية، بتردد مختلف.

يدعم بروتوكول Bluetooth كلاً من الاتصالات من نقطة إلى نقطة ومن نقطة إلى عدة نقاط. يشكل جهازان أو أكثر يستخدمون نفس القناة شبكة piconet. يعمل أحد الأجهزة كالجهاز الرئيسي، والباقي - كعبيد. يمكن أن تحتوي شبكة piconet الواحدة على ما يصل إلى سبعة عبيد نشطين، مع بقاء العبيد المتبقين في حالة "متوقفة"، ويظلون متزامنين مع السيد. تشكل شبكات piconets المترابطة "شبكة موزعة".

يوجد جهاز رئيسي واحد فقط في كل شبكة بيكونية، ولكن يمكن أن تكون الأجهزة التابعة جزءًا من شبكات بيكونية مختلفة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يكون الجهاز الرئيسي لإحدى الشبكات البيكونية جهازًا تابعًا في شبكة أخرى (الشكل 1.14). لا تتم مزامنة Piconets مع بعضها البعض في الوقت والتردد - كل واحدة منها تستخدم تسلسلها الخاص من القفزات الترددية. في شبكة piconet واحدة، تتم مزامنة جميع الأجهزة في الوقت والترددات. يكون تسلسل القفزات فريدًا لكل شبكة piconet ويتم تحديده بواسطة عنوان الجهاز المضيف الخاص به. طول دورة التسلسل العشوائي الزائف هو 227 عنصرًا.

أرز. 1. 14. شبكة piconet مع جهاز تابع واحد أ)، عدة ب) وشبكة موزعة ج).

يوفر معيار Bluetooth الإرسال المزدوج بناءً على مشاركة الوقت. ينقل الجهاز الرئيسي الحزم في مقاطع زمنية فردية، والجهاز التابع - في مقاطع زمنية زوجية (الشكل 1.15). يمكن أن تشغل الحزم، حسب طولها، ما يصل إلى خمس مقاطع زمنية. في هذه الحالة، لا يتغير تردد القناة حتى نهاية إرسال الحزمة (الشكل 1.16).

أرز. 1. 15. الرسم البياني الزمني لتشغيل القناة.

يمكن أن يدعم بروتوكول Bluetooth قناة بيانات غير متزامنة، أو ما يصل إلى ثلاث قنوات صوتية متزامنة (بمعدل ثابت)، أو قناة ذات بيانات غير متزامنة وصوت متزامن.

في الاتصال المتزامن، يحتفظ الجهاز المضيف بأجزاء زمنية تتبع ما يسمى بالفواصل الزمنية المتزامنة. حتى لو تم استلام حزمة مع وجود خطأ، فلن يتم إعادة إرسالها أثناء الاتصال المتزامن. يستخدم الاتصال غير المتزامن مقاطع زمنية غير محجوزة للاتصال المتزامن. إذا لم يتم تحديد عنوان في حقل العنوان الخاص بالحزمة غير المتزامنة، فسيتم اعتبار الحزمة "بثًا" - ويمكن قراءتها بواسطة جميع الأجهزة. يسمح الاتصال غير المتزامن بإعادة إرسال الحزم المستلمة التي تحتوي على أخطاء.

أرز. 1. 16. نقل الحزم بأطوال مختلفة.

تحتوي حزمة Bluetooth القياسية على رمز وصول 72 بت، ورأس 54 بت، وحقل معلومات لا يزيد عن 2745 بت. يحدد رمز الوصول الحزم التي تنتمي إلى نفس شبكة piconet ويستخدم أيضًا لإجراءات المزامنة والاستعلام. وهو يشتمل على مقدمة (4 بتات)، وكلمة متزامنة (64 بت) ومقطورة - المجموع الاختباري 4 بتات.

يحتوي الرأس على معلومات للتحكم في الاتصالات ويتكون من ستة حقول: AM_ADDR – عنوان 3 بت للعنصر النشط؛ TYPE - كود نوع البيانات 4 بت؛ التدفق - 1 بت من التحكم في تدفق البيانات، مما يشير إلى استعداد الجهاز للاستقبال؛ ARQN - بتة واحدة تؤكد الاستقبال الصحيح؛ SEQN - بتة واحدة تستخدم لتحديد تسلسل الحزم؛ HEC - المجموع الاختباري 8 بت.

قد يحتوي حقل المعلومات، اعتمادًا على نوع الحزم، إما على حقول صوتية، أو حقول بيانات، أو كلا النوعين من الحقول في وقت واحد.

خذ بعين الاعتبار معيار IEEE 802.11 المستخدم في شبكات البيانات المحلية - أي. في الشبكات اللاسلكية الشبيهة بالإيثرنت، والتي تعتبر غير متزامنة بشكل أساسي.

يأخذ IEEE 802.11 في الاعتبار المستويين الأدنى لنموذج تفاعل الأنظمة المفتوحة - الفيزيائي (يتم تحديد طريقة العمل مع وسيط الإرسال وطرق السرعة والتعديل) ومستوى ارتباط البيانات، وفي المستوى الأخير يتم اعتبار الطبقة الفرعية السفلية - MAC ، أي. التحكم في الوصول إلى القناة (وسيط الإرسال). يستخدم IEEE 802.11 النطاق 2.400 - 2.4835 جيجا هرتز مع عرض نطاق ترددي 83.5 ميجا هرتز ويوفر إرسال حزم بحزم عناوين 48 بت.

يوفر المعيار طريقتين رئيسيتين لتنظيم الشبكة المحلية - وفقًا لمبدأ "الجميع مع الجميع" (يتم إنشاء الاتصال مباشرة بين محطتين، ويجب أن تكون جميع الأجهزة ضمن نطاق الرؤية الراديوية، ولا تحدث أي إدارة) وفي شكل منظم الشبكة (يظهر جهاز إضافي - نقطة وصول، كقاعدة عامة، ثابتة وتعمل على قناة ثابتة؛ يحدث الاتصال بين الأجهزة فقط من خلال نقاط الوصول، والتي من خلالها يمكن الوصول إلى الشبكات السلكية الخارجية).

كقاعدة عامة، يتم توزيع وظائف التحكم بين جميع أجهزة شبكة IEEE 802.11 - وضع DCF. ومع ذلك، بالنسبة للشبكات المنظمة، يكون وضع PCF ممكنًا، عندما يتم نقل التحكم إلى نقطة وصول محددة. تنشأ الحاجة إلى وضع PCF عند إرسال معلومات حساسة للتأخير. بعد كل شيء، تعمل شبكات IEEE 802.11 على مبدأ الوصول التنافسي إلى القناة - لا توجد أولويات. لتعيينها إذا لزم الأمر، تم تقديم وضع PCF. ومع ذلك، لا يمكن أن يتم التشغيل في هذا الوضع إلا على فترات زمنية معينة متكررة بشكل دوري.

ولضمان أمان نقل البيانات، يتم توفير مصادقة المحطة وتشفير البيانات المرسلة على مستوى MAC.

يوفر IEEE 802.11 إمكانية الوصول إلى قنوات متعددة مع استشعار الناقل واكتشاف الاصطدام. لا يمكن للمحطة أن تبدأ في الإرسال إلا إذا كانت القناة مجانية. إذا اكتشفت المحطات أن محطات متعددة تحاول العمل على نفس القناة، فإنها جميعًا تتوقف عن الإرسال وتحاول استئنافه بعد فترة زمنية عشوائية. وبالتالي، حتى عند الإرسال، يجب على الجهاز مراقبة القناة، أي. العمل في الاستقبال.

قبل المحاولة الأولى للوصول إلى القناة، يقوم الجهاز بتحميل مدة فترة انتظار عشوائية في عداد خاص. وتتناقص قيمته عند تردد معين عندما تكون القناة خاملة. بمجرد إعادة ضبط العداد على الصفر، يمكن للجهاز أن يشغل القناة. إذا شغل جهاز آخر القناة قبل إعادة ضبط العداد، فسيتوقف العد، مع الحفاظ على القيمة المحققة. في المحاولة التالية، يبدأ العد التنازلي من القيمة المحفوظة. ونتيجة لذلك، فإن أولئك الذين لم ينجحوا في المرة الأخيرة يحصلون على فرصة أفضل لاحتلال القناة في المرة القادمة. هذا ليس هو الحال مع شبكات إيثرنت السلكية.

يتم تشكيل الحزم التي يحدث من خلالها الإرسال فعليًا في طبقة MAC؛ في الطبقة المادية، تتم إضافة رأس الطبقة المادية (PLCP) إليها، والذي يتكون من مقدمة ورأس PLCP نفسه. يمكن أن تكون حزم طبقة MAC من ثلاثة أنواع - حزم البيانات وحزم التحكم وحزم التحكم. هيكلهم هو نفسه. تشتمل كل حزمة على رأس MAC وحقل معلومات ومجموع اختباري.

تستخدم شبكات البيانات اللاسلكية الحضرية ذات النطاق العريض ذات الوصول الثابت معيار IEEE 802.16.

يصف معيار IEEE 802.16 التشغيل في نطاق 10 - 66 جيجا هرتز من الأنظمة ذات بنية من نقطة إلى عدة نقاط (من المركز إلى العديد من النقاط). هذا هو نظام ثنائي الاتجاه، أي. يتم توفير التدفقات النهائية (من المحطة الأساسية إلى المشتركين) والتدفقات المنبع (إلى المحطة الأساسية). في هذه الحالة، تكون القنوات عريضة النطاق (حوالي 25 ميجاهرتز)، وتكون سرعات الإرسال عالية (على سبيل المثال، 120 ميجابت/ثانية).

يوفر معيار IEEE 802.16 نظام تعديل أحادي الموجة (لكل قناة تردد) ويسمح بثلاثة أنواع من تعديل السعة التربيعية: QPSK رباعي المواضع و16 موضع 16-QAM (مطلوب لجميع الأجهزة)، بالإضافة إلى 64-QAM ( خياري).

يتم إرسال البيانات الموجودة في الطبقة المادية كتسلسل مستمر من الإطارات. كل إطار له مدة محددة – 0.5؛ 1 و 2 مللي ثانية. ويتكون الرتل من مقدمة (تسلسل متزامن بطول 32 رمزاً QPSK)، وقسم تحكم، وتسلسل رزم البيانات. وبما أن النظام المحدد بواسطة معيار IEEE 802.16 ثنائي الاتجاه، فإن آلية الإرسال المزدوج مطلوبة. يوفر كلا من التردد والفصل الزمني لقنوات المنبع والمصب. مع الإرسال المزدوج للقناة الزمنية، يتم تقسيم الإطار إلى إطارات فرعية للوصلة الهابطة والصاعدة، مفصولة بفاصل زمني خاص. مع ازدواج التردد، يتم بث كل من قنوات الوصلة الصاعدة والوصلة الهابطة على الناقل الخاص بها.

تنقسم طبقة IEEE 802.16 MAC إلى ثلاث طبقات فرعية - الطبقة الفرعية لتحويل الخدمة (الخدمات عبارة عن تطبيقات مختلفة)، والطبقة الفرعية الرئيسية والطبقة الفرعية للأمان. على المستوى الفرعي للأمان، يتم تنفيذ آليات المصادقة وتشفير البيانات. في الطبقة الفرعية لتحويل الخدمة، يتم تحويل تدفقات البيانات الخاصة ببروتوكولات المستوى الأعلى لنقل البيانات عبر شبكات IEEE 802.16. لكل نوع من تطبيقات المستوى الأعلى، يوفر المعيار آلية التحويل الخاصة به. في طبقة MAC الفرعية الرئيسية، يتم إنشاء حزم البيانات، والتي يتم بعد ذلك نقلها إلى الطبقة المادية وبثها عبر قناة الاتصال. تتضمن حزمة MAC رأسًا وحقل بيانات، والذي قد يتبعه مجموع اختباري.

إحدى النقاط الرئيسية في معيار IEEE 802.16 هي مفهوم تدفق الخدمة والمفاهيم المرتبطة بـ "الاتصال" و"معرف الاتصال" (CID). تدفق الخدمة في معيار IEEE 802.16 هو تدفق بيانات مرتبط بتطبيق معين. في هذا السياق، الاتصال هو إنشاء اتصال منطقي في طبقات MAC على جانبي الإرسال والاستقبال لإرسال تدفق الخدمة. يتم تعيين معرف CID لكل اتصال مكون من 16 بت، والذي يرتبط بشكل فريد بنوع الاتصال وخصائصه. يتميز تدفق الخدمة بمجموعة من المتطلبات لقناة نقل المعلومات (زمن تأخير الرمز، ومستوى تقلبات التأخير، والإنتاجية المضمونة). يتم تعيين معرف SFID لكل تدفق خدمة، والذي بناءً عليه تحدد محطة القاعدة المعلمات الضرورية للاتصال المحدد المرتبط بتدفق الخدمة هذا.

المبدأ الأساسي لتوفير الوصول إلى القناة في معيار IEEE 802.16 هو الوصول عند الطلب. لا يمكن لأي AS (محطة مشتركة) إرسال أي شيء باستثناء طلبات التسجيل وتوفير قناة حتى تسمح لها BS بذلك، أي. سيتم تخصيص فترة زمنية في الوصلة الصاعدة والإشارة إلى موقعها. يمكن للمتحدث إما أن يطلب حجمًا معينًا من النطاق الترددي في القناة، أو يطلب تغيير مورد القناة المقدم له بالفعل. يوفر معيار IEEE 802.16 وضعين لمنح الوصول - لكل اتصال فردي ولجميع الاتصالات الخاصة بنظام AS محدد. من الواضح أن الآلية الأولى توفر مرونة أكبر، ولكن الثانية تقلل بشكل كبير من حجم الرسائل العامة وتتطلب أداءً أقل من الأجهزة.

2. أنظمة الإشارات المعقدة لأنظمة الاتصالات

2.1 أطياف الإشارة

يتم تحديد طيف الإشارة s(t) بواسطة تحويل فورييه

بشكل عام، الطيف هو دالة معقدة للتردد ω. يمكن تمثيل الطيف في النموذج

,

حيث |S(ω)| هي السعة، وφ(ω) هو طيف الطور للإشارة s(t).

يتميز طيف الإشارة بالخصائص التالية:

1. الخطية: إذا كان هناك مجموعة من الإشارات s 1 (t)، s 2 (t)، ...، و s 1 (t)S 1 (ω)، s 2 (t)S 2 (ω)، ...، فإن مجموع الإشارات يتم تحويل فورييه على النحو التالي:

حيث i هي معاملات عددية عشوائية.

2. إذا كانت الإشارة s(t) تتوافق مع الطيف S(ω)، فإن نفس الإشارة، التي تم إزاحتها بواسطة t 0، تتوافق مع الطيف S(ω) مضروبًا في e - jωt 0 s(t-t 0)S(ω) ) ه - جوت 0 .

3. إذا كان s(t)S(ω)، إذن

4. إذا كانت s(t)S(ω) وf(t)=ds/dt، فإن f(t)F(ω)=jωS(ω).

5. إذا كانت s(t)S(ω) وg(t)=∫s(t)dt، فإن g(t)G(ω)=S(ω)/jω.

6. إذا u(t)U(ω)، v(t)V(ω) و s(t)=u(t)v(t)، إذن

.

تقع الإشارة عبر الطيف باستخدام تحويل فورييه العكسي

.

دعونا ننظر في أطياف بعض الإشارات.

1. نبض مستطيل.

الشكل 2.1. طيف النبض المستطيل.

2. الدافع الغوسي.

الصورة(ر)=Uexp(-βt 2)

الشكل 2.2. طيف النبض الغوسي.

3. دفعة سلسة

باستخدام التكامل العددي نجد الطيف S(ω).

ق(0)=2.052 ق(6)=-0.056

ق(1)=1.66 ق(7)=0.057

ق(2)=0.803 ق(8)=0.072

ق(3)= 0.06 ق(9)=0.033

ق(4)=-0.259 ق(10)=-0.0072

S(5)=-0.221 S(ω)=S(-ω)

أرز. 2.3. طيف النبض السلس.

2.2 خصائص ارتباط الإشارات

لمقارنة الإشارات المتحولة زمنياً، يتم تقديم وظيفة الارتباط الذاتي (ACF) للإشارة. ويحدد كميًا درجة الاختلاف بين الإشارة u(t) ونسختها المزاحة زمنيًا u(t - τ) ويساوي المنتج العددي للإشارة والنسخة:

من الواضح على الفور أنه عند τ=0 تصبح وظيفة الارتباط الذاتي مساوية لطاقة الإشارة: B u (0)=E u .

وظيفة الارتباط الذاتي هي: B u (τ)=B u (-τ).

بالنسبة لأي قيمة للتحول الزمني τ، فإن معامل ACF لا يتجاوز طاقة الإشارة |B u (τ)|≥B u (0)=E u .

يرتبط ACF بطيف الإشارة على النحو التالي:

.

والعكس صحيح أيضا:

.

بالنسبة للإشارة المنفصلة، ​​يتم تحديد ACF على النحو التالي:

ولها الخصائص التالية.

ACF المنفصلة متساوية: B u (n) = B u (-n).

عند التحول صفر، يحدد ACF طاقة الإشارة المنفصلة:

.

في بعض الأحيان يتم تقديم وظيفة الارتباط المتبادل (CCF) للإشارات، والتي تصف ليس فقط التحول الزمني للإشارات بالنسبة لبعضها البعض، ولكن أيضًا الفرق في شكل الإشارات.

يتم تحديد VKF على النحو التالي

للإشارات المستمرة و

للإشارات المنفصلة.

دعونا نفكر في ACF لبعض الإشارات.

1. تسلسل النبضات المستطيلة

أرز. 2.4. ACF لسلسلة من النبضات المستطيلة.

2. إشارة باركر ذات 7 مواضع

ب ش (0)=7، ب ش (1)= ب ش (-1)=0، ب ش (2)= ب ش (-2)=-1، ب ش (3)= ب ش (-3 )=0، ب u (4)= ب ش (-4)=-1، ب ش (5)= ب ش (-5)=0، ب ش (6)= ب ش (-6)=-1 , ب ش (7)= ب ش (-7)=0.

أرز. 2.5. ACF لإشارة باركر ذات 7 مواضع.

3. وظائف والش ذات 8 أوضاع

دالة والش من الدرجة الثانية

ب ش (0)=8، ب ش (1)= ب ش (-1)=3، ب ش (2)= ب ش (-2)=-2، ب ش (3)= ب ش (-3 )=-3، ب ش (4)= ب ش (-4)=-4، ب ش (5)= ب ش (-5)=-1، ب ش (6)= ب ش (-6)= 2، ب ش (7)= ب ش (-7)=1، ب ش (8)= ب ش (-8)=0.

أرز. 2.6. ACF من وظيفة والش من الدرجة الثانية.

وظيفة والش من الدرجة السابعة

ب ش (0)=8، ب ش (1)= ب ش (-1)=-7، ب ش (2)= ب ش (-2)=6، ب ش (3)= ب ش (-3 )=-5، ب ش (4)= ب ش (-4)=4، ب ش (5)= ب ش (-5)=-3، ب ش (6)= ب ش (-6)=2 , ب ش (7)= ب ش (-7)=-1، ب ش (8)= ب ش (-8)=0.

أرز. 2.7. ACF من الدرجة السابعة لوظيفة والش.

2.3 أنواع الإشارات المعقدة

الإشارة هي عملية فيزيائية يمكنها حمل معلومات مفيدة والانتشار على طول خط الاتصال. نعني بالإشارة s(t) دالة زمنية تعكس عملية فيزيائية ذات مدة محدودة T.

تسمى الإشارات التي تكون القاعدة B لها، والتي تساوي حاصل ضرب مدة الإشارة T وعرض طيفها، قريبة من الوحدة، "بسيطة" أو "عادية". يمكن تمييز هذه الإشارات بالتردد والوقت (التأخير) والطور.

تتشكل الإشارات المعقدة والمتعددة الأبعاد الشبيهة بالضوضاء وفقًا لقانون معقد. خلال مدة الإشارة T، تخضع لمعالجة إضافية (أو تعديل) في التردد أو الطور. ونادرا ما يستخدم تعديل السعة الإضافية. بسبب التعديل الإضافي، يتوسع طيف الإشارة Δf (مع الحفاظ على مدتها T). ولذلك، لمثل هذه الإشارة B=T Δf>>1.

بموجب قوانين معينة لتشكيل إشارة معقدة، يتبين أن طيفها مستمر وموحد تقريبًا، أي. قريبة من طيف الضوضاء مع عرض نطاق محدود. في هذه الحالة، تحتوي وظيفة الارتباط التلقائي للإشارة على ارتفاع رئيسي واحد، لا يتم تحديد عرضه من خلال مدة الإشارة، ولكن من خلال عرض طيفها، أي. له شكل مشابه لوظيفة الارتباط التلقائي للضوضاء محدودة النطاق. في هذا الصدد، تسمى هذه الإشارات المعقدة تشبه الضوضاء.

تُستخدم الإشارات المشابهة للضوضاء في أنظمة الاتصالات ذات النطاق العريض لأنها: توفر مناعة عالية ضد الضوضاء لأنظمة الاتصالات؛ تسمح لك بتنظيم التشغيل المتزامن للعديد من المشتركين في نطاق تردد مشترك؛ تسمح لك بمكافحة انتشار موجات الراديو المتعددة المسارات بنجاح عن طريق تقسيم الحزم؛ توفير استخدام أفضل لطيف الترددات في منطقة محدودة مقارنة بأنظمة الاتصالات ضيقة النطاق.

هناك عدد كبير من الإشارات المختلفة الشبيهة بالضوضاء (NLS) معروفة. ومع ذلك، يتم تمييز مصادر القدرة النووية الرئيسية التالية: الإشارات المعدلة بالتردد؛ إشارات متعددة التردد. إشارات مفاتيح التحول الطور؛ إشارات التردد المنفصلة. إشارات التردد المركبة المنفصلة.

الإشارات المشكَّلة بالتردد (FM) هي إشارات مستمرة يختلف ترددها وفقًا لقانون معين (الشكل 2.8).

أرز. 2.8. إشارة إف إم.

في أنظمة الاتصالات، من الضروري أن يكون هناك العديد من الإشارات. وفي الوقت نفسه، تؤدي الحاجة إلى تغيير الإشارات بسرعة وتبديل معدات التوليد والمعالجة إلى حقيقة أن قانون تغيير التردد يصبح منفصلاً. وفي هذه الحالة، ينتقلون من إشارات FM إلى إشارات DF.

الإشارات متعددة التردد (MF) هي مجموع التوافقيات N u 1 (t)…u N (t)، والتي يتم تحديد اتساعها وأطوارها وفقًا لقوانين تكوين الإشارة (الشكل 2.9).

أرز. 2.9. إشارة MF.

إشارات الموجات الهكتومترية (MF) مستمرة ومن الصعب تكييف التقنيات الرقمية لتشكيلها ومعالجتها.

تمثل الإشارات التي يتم التحكم فيها بالطور (PM) سلسلة من النبضات الراديوية، تتغير أطوارها وفقًا لقانون معين (الشكل 2.10، أ). عادة، تأخذ المرحلة قيمتين (0 أو π). في هذه الحالة، تتوافق إشارة FM بتردد الراديو مع إشارة FM للفيديو (الشكل 2.10.، ب).

أرز. 2.10. إشارة إف إم.

إشارات FM شائعة جدًا لأن... فهي تسمح بالاستخدام المكثف للطرق الرقمية في التوليد والمعالجة، ويمكن تحقيق مثل هذه الإشارات بقواعد كبيرة نسبيًا.

تمثل إشارات التردد المنفصلة (DF) سلسلة من النبضات الراديوية (الشكل 2.11)، والتي تختلف ترددات الموجة الحاملة لها وفقًا لقانون معين.

أرز. 2.11. إشارة التردد العالي.

إشارات التردد المركب المنفصل (DCF) هي إشارات على أقراص مضغوطة يتم فيها استبدال كل نبضة بإشارة تشبه الضوضاء.

في التين. 2.12. يصور إشارة تردد فيديو FM، يتم إرسال الأجزاء الفردية منها على ترددات حاملة مختلفة.

أرز. 2.12. إشارة دي إتش إف.

2.4 أنظمة الإشارات المشتقة

الإشارة المشتقة هي إشارة يتم الحصول عليها عن طريق ضرب إشارتين. في حالة إشارات PM، يجب إجراء الضرب عنصرًا بعنصر أو، كما يُطلق عليه غالبًا، حرفًا بحرف. يسمى النظام المكون من إشارات مشتقة مشتقًا. من بين الأنظمة المشتقة، تعتبر الأنظمة المبنية على النحو التالي ذات أهمية خاصة. كأساس، يتم استخدام نظام معين من الإشارات، وخصائص الارتباط التي لا تفي بالكامل بمتطلبات CF، ولكن لها مزايا معينة من حيث سهولة التوليد والمعالجة. ويسمى هذا النظام بالنظام الأصلي. ثم يتم تحديد إشارة لها خصائص معينة. تسمى هذه الإشارة بالإنتاج. وبضرب الإشارة المنتجة في كل إشارة من إشارات النظام الأصلي، نحصل على نظام مشتق. ينبغي اختيار الإشارة المنتجة بحيث يكون النظام المشتق أفضل حقا من النظام الأصلي، أي. بحيث يكون لديه خصائص ارتباط جيدة. الغلاف المركب للإشارة المشتقة S μ m (t) يساوي منتج الأغلفة المعقدة للإشارات الأصلية U m (t) والإشارة المنتجة V μ (t)، أي. S μ m (t)= U m (t)V μ (t). إذا كانت المؤشرات تختلف ضمن m=1..M، μ=1..H، فإن حجم نظام الإشارة المشتق هو L=MH.

يتم تحديد اختيار توليد الإشارات من خلال عدد من العوامل، بما في ذلك النظام المصدر. إذا كانت إشارات النظام الأصلي ذات نطاق عريض، فيمكن أن تكون الإشارة المنتجة ذات نطاق عريض ولها مستويات صغيرة من القمم الجانبية لوظيفة عدم اليقين، قريبة من قيمة الجذر التربيعي المتوسط. إذا كانت إشارات النظام الأصلي ضيقة النطاق، فإنه يكفي لتحقيق عدم المساواة F V >>F U (F V هو عرض طيف الإشارات المنتجة، و F U هو عرض طيف الإشارات الأصلية) و شرط أن تكون القمم الجانبية لـ ACF صغيرة.

لنأخذ نظام والش كنقطة بداية. في هذه الحالة، يجب أن تكون الإشارات المنتجة ذات نطاق عريض ولها ACF جيد. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تحتوي الإشارة المنتجة على نفس عدد العناصر الموجودة في الإشارات الأصلية، أي. N=2 عناصر k، حيث k عدد صحيح. يتم استيفاء هذه الشروط بشكل عام من خلال تسلسلات غير خطية. نظرًا لأن المتطلب الرئيسي هو صغر القمم الجانبية لـ ACF، فقد تم اختيار أفضل الإشارات بعدد العناصر N = 16، 32، 64 في فئة التسلسلات غير الخطية. تظهر هذه الإشارات في الشكل 1. 2.13. في التين. 2.13. يشار أيضًا إلى عدد الكتل μ لكل إشارة توليد. وهي قريبة من القيمة المثلى μ 0 =(N+1)/2. وهذا شرط ضروري للحصول على ACF جيد مع قمم جانبية صغيرة.

أرز. 2.13. إنتاج إشارات FM.

حجم النظام المشتق يساوي حجم نظام Walsh N. تتمتع الأنظمة المشتقة بخصائص ارتباط أفضل من أنظمة Walsh.

3. تعديل الإشارات المعقدة

3.1 التمثيل الهندسي للإشارات

لنفكر في التمثيل الهندسي أو المتجه للإشارات. دعونا نحدد الفضاء المتعامد ذو الأبعاد N باعتباره الفضاء المحدد بواسطة مجموعة من الوظائف المستقلة خطيًا (ψ j (t))، والتي تسمى الوظائف الأساسية. يمكن التعبير عن أي وظيفة لهذا الفضاء من خلال مجموعة خطية من الوظائف الأساسية، والتي يجب أن تستوفي الشرط

,

حيث يسمى المشغل رمز كرونيكر. بالنسبة للثوابت غير الصفرية K j، يُسمى الفضاء متعامدًا. إذا تم تطبيع الوظائف الأساسية بحيث تكون جميع K j = 1، فإن المساحة تسمى متعامدة. يمكن صياغة شرط التعامد الأساسي على النحو التالي: يجب أن تكون كل وظيفة ψ j (t) لمجموعة من الوظائف الأساسية مستقلة عن الوظائف الأخرى للمجموعة. يجب ألا تتداخل كل وظيفة ψ j (t) مع الوظائف الأخرى أثناء عملية الكشف. من وجهة نظر هندسية، جميع الدوال ψ j (t) متعامدة بشكل متبادل.

في مساحة الإشارة المتعامدة، يتم تحديد قياس المسافة الإقليدية المستخدم في عملية الكشف بسهولة أكبر. إذا كانت الموجات التي تحمل الإشارات لا تشكل مثل هذا الفضاء، فيمكن تحويلها إلى مجموعة خطية من الإشارات المتعامدة. يمكن إثبات أن مجموعة محدودة من الإشارات (s i (t)) (i=1...M)، حيث يكون كل عنصر في المجموعة قابلاً للتحقق ماديًا وله مدة T، يمكن التعبير عنها كمجموعة خطية من N إشارات متعامدة ψ 1 (t)، ψ 2 ( t)، …، ψ N (t)، حيث NM، هكذا

أين

لم يتم تحديد نوع الأساس (ψ j (t))؛ يتم اختيار هذه الإشارات للراحة وتعتمد على الشكل الموجي للإشارات المرسلة. ويمكن اعتبار مجموعة من هذه الموجات (s i (t)) بمثابة مجموعة من المتجهات (s i )=(a i 1, a i 2, …,a iN). يصف الاتجاه النسبي لمتجهات الإشارة العلاقة بين الإشارات (فيما يتعلق بمراحلها أو تردداتها)، وسعة كل مجموعة متجهة (s i ) هي مقياس لطاقة الإشارة المنقولة خلال وقت إرسال الرمز. بشكل عام، بعد اختيار مجموعة من الوظائف المتعامدة N، يتم تحديد كل إشارة من الإشارات المرسلة s i (t) بالكامل بواسطة متجه معاملاتها s i =(a i 1, a i 2, …,a iN) i=1…M.

2.3 طرق قفل الإشارات بتحول الطور (PM2، PM4، OFM)

تم تطوير مفتاح تحويل الطور (PSK) في وقت مبكر من تطوير برنامج استكشاف الفضاء السحيق؛ يستخدم PSK الآن على نطاق واسع في أنظمة الاتصالات التجارية والعسكرية. تحتوي الإشارة في تعديل PSK على الشكل التالي:

هنا يمكن للطور φ i (t) أن يأخذ قيم M المنفصلة، ​​والتي يتم تعريفها عادةً على النحو التالي:

أبسط مثال على مفتاح إزاحة الطور هو مفتاح إزاحة الطور الثنائي (PSK). المعلمة E هي طاقة الرمز، T هو وقت إرسال الرمز. يتمثل تشغيل دائرة التشكيل في تحويل طور الإشارة المضمنة s i (t) إلى إحدى القيمتين، صفر أو π (180 0). يظهر الشكل النموذجي لإشارة PM2 في الشكل. 3.1.أ)، حيث تكون التغيرات الحادة المميزة في الطور أثناء الانتقال بين الرموز مرئية بوضوح؛ إذا كان تدفق البيانات المعدل يتكون من أصفار وآحاد متناوبة، فإن مثل هذه التغييرات المفاجئة ستحدث عند كل انتقال. يمكن تمثيل الإشارة المعدلة كمتجه على الرسم البياني في نظام الإحداثيات القطبية؛ ويتوافق طول المتجه مع سعة الإشارة، ويتوافق اتجاهه في الحالة M-ary العامة مع طور الإشارة بالنسبة لإشارات M – 1 الأخرى في المجموعة. عند تعديل PM2 (الشكل 3.1.ب))، يعطي تمثيل المتجه متجهين مضادين للطور (180 0). تسمى مجموعات الإشارات التي يمكن تمثيلها بواسطة نواقل طور مضاد مماثلة بمضاد الأرجل.

أرز. 3.1. مفتاح إزاحة الطور الثنائي.

مثال آخر على مفتاح إزاحة الطور هو تعديل PM4 (M=4). عند تعديل PM4، فإن المعلمة E هي طاقة رمزين، والوقت T هو وقت إرسال رمزين. يأخذ طور الإشارة المضمنة واحدة من أربع قيم محتملة: 0، π/2، π، 3π/2. في التمثيل المتجه، يكون لإشارة PM4 الشكل الموضح في الشكل. 3.2.

أرز. 3.2. إشارة PM4 في تمثيل المتجهات.

لنفكر في نوع آخر من مفاتيح إزاحة الطور - مفتاح إزاحة الطور النسبي (RPK) أو مفتاح إزاحة الطور التفاضلي (DPSK). يتطلب اسم مفتاح إزاحة الطور التفاضلي بعض الشرح، حيث أن كلمة "تفاضلي" تشير إلى جانبين مختلفين من عملية التشكيل/إزالة التشكيل: إجراء التشفير وإجراء الكشف. يتم استخدام مصطلح "الترميز التفاضلي" عندما يتم تحديد تشفير الأحرف الثنائية ليس من خلال قيمتها (أي صفر أو واحد)، ولكن من خلال ما إذا كان الحرف هو نفسه أو مختلفًا عن الحرف السابق. يرتبط مصطلح "الكشف التفاضلي المتماسك" للإشارات في التشكيل PSK التفاضلي (وهذا هو المعنى الذي يستخدم فيه الاسم DPSK عادة) بدائرة كشف تصنف غالبًا على أنها دائرة غير متماسكة لأنها لا تتطلب مطابقة الطور مع الناقل المستلم.

في الأنظمة غير المتماسكة، لا تتم أي محاولة لتحديد قيمة الطور الفعلية للإشارة الواردة. لذلك، إذا كانت الإشارة المرسلة لها النموذج

ثم يمكن وصف الإشارة المستقبلة على النحو التالي.

هنا α هو ثابت اعتباطي، يُفترض عادةً أنه متغير عشوائي موزع بشكل موحد بين صفر و2π، وn(t) هو ضوضاء.

للكشف المتماسك، يتم استخدام المرشحات المتطابقة؛ بالنسبة للكشف غير المتماسك، هذا غير ممكن، لأنه في هذه الحالة سيعتمد خرج المرشح المطابق على الزاوية غير المعروفة α. لكن إذا افترضنا أن α يتغير ببطء بالنسبة إلى فاصل زمني من فترتين (2T)، فإن فرق الطور بين إشارتين متتاليتين لن يعتمد على α.

أساس الكشف عن الإشارة المتماسكة التفاضلية في التشكيل DPSK هو كما يلي. أثناء عملية إزالة التشكيل، يمكن استخدام الطور الحامل للفاصل الزمني لإرسال الرمز السابق كمرحلة مرجعية. ويتطلب استخدامه تشفيرًا تفاضليًا لتسلسل الرسائل في المرسل، حيث يتم تشفير المعلومات بواسطة فرق الطور بين نبضتين متتاليتين. لإرسال الرسالة i-th (i=1,2,...,M)، يجب إزاحة طور الإشارة الحالية بمقدار φ i =2πi/M راديان بالنسبة إلى طور الإشارة السابقة. بشكل عام، يحسب الكاشف إحداثيات الإشارة الواردة من خلال تحديد ارتباطها بالإشارات المولدة محليًا cosω 0 t وsinω 0 t. ثم كما هو موضح في الشكل 3.3، يقيس الكاشف الزاوية بين متجه الإشارة المستقبلة الحالية ومتجه الإشارة السابقة.

أرز. 3.3. مساحة الإشارة لنظام DPSK.

يعتبر DPSK أقل كفاءة من PSK لأنه في الحالة الأولى، بسبب الارتباط بين الإشارات، تميل الأخطاء إلى الانتشار (إلى أوقات الرموز المجاورة). ومن الجدير بالذكر أن مخططي PSK وDPSK يختلفان في أنه في الحالة الأولى تتم مقارنة الإشارة المستقبلة بإشارة مرجعية مثالية، وفي الحالة الثانية تتم مقارنة إشارتين صاخبتين. لاحظ أن تعديل DPSK ينتج ضعف الضوضاء التي ينتجها تعديل PSK. لذلك، يجب أن تتوقع ضعف معدل الخطأ مع DPSK مقارنةً بـ PSK. تتمثل ميزة مخطط DPSK في تقليل تعقيد النظام.

3.3 التشكيل مع الحد الأدنى من تحول التردد.

أحد مخططات التشكيل دون انقطاع الطور هو الإبراق بزحزحة التردد الأدنى (MSK). يمكن اعتبار MSK حالة خاصة من الإبراق بزحزحة التردد دون انقطاع الطور. يمكن تمثيل إشارة MSK على النحو التالي.

هنا f 0 هو تردد الموجة الحاملة، وd k =±1 يمثل البيانات ثنائية القطب، التي يتم إرسالها بمعدل R = 1/T، وx k هو ثابت الطور للفاصل الزمني لإرسال البيانات الثنائية kth. لاحظ أنه عندما يكون d k =1 يكون التردد المرسل f 0 +1/4T، وعندما يكون d k =-1 يكون f 0 -1/4T. خلال كل فاصل زمني لنقل البيانات مدته T-ثانية، تكون قيمة x k ثابتة، أي. x k = 0 أو π، والذي تمليه متطلبات استمرارية طور الإشارة في اللحظات t = kT. يفرض هذا المطلب قيدًا على الطور، والذي يمكن تمثيله بالعلاقة العودية التالية لـ x k.

يمكن إعادة كتابة معادلة s(t) بطريقة التربيع.

ويشار إلى مكون الوضع المشترك على أنه k cos(πt/2T)cos2πf 0 t، حيث cos2πf 0 t هي الموجة الحاملة، وcos(πt/2T) هو ترجيح الرمز الجيبي، وk هو المصطلح المعتمد على المعلومات. وبالمثل، فإن مكون التربيع هو b k sin(πt/2T)sin2πf 0 t، حيث sin2πf 0 t هو الحد التربيعي للموجة الحاملة، وsin(πt/2T) هو نفس ترجيح الرمز الجيبي، وb k هو المصطلح المعتمد على المعلومات. قد يبدو أن الكميتين a k وb k يمكن أن تتغير قيمتهما كل T ثانية. ومع ذلك، نظرًا لمتطلبات استمرارية الطور، يمكن أن تتغير قيمة a k فقط عندما تمر الدالة cos(πt/2T) بالصفر، وb k - فقط عندما تمر الدالة sin(πt/2T) بالصفر. ولذلك، فإن ترجيح الرمز في القناة الطورية أو التربيعية هو نبضة جيبية ذات فترة قدرها 2T وإشارة متغيرة. يتم إزاحة المكونات في الطور والتربيع بالنسبة لبعضها البعض بمقدار T ثانية.

يمكن إعادة كتابة التعبير الخاص بـ s(t) بصيغة أخرى.

هنا d I (t) و d Q (t) لهما نفس المعنى لتدفقات البيانات في الطور والتربيع. يُطلق على مخطط MSK المكتوب بهذا النموذج أحيانًا اسم MSK المشفر مسبقًا. ويرد في الشكل تمثيل رسومي لـ s(t). 3.4. في التين. 3.4. أ) و ج) يُظهران الترجيح الجيبي لنبضات القنوات في الطور والقنوات التربيعية، وهنا يعطي الضرب بواسطة الجيوب الأنفية انتقالات طورية أكثر سلاسة مما كانت عليه في تمثيل البيانات الأصلية. في التين. 3.4. ب) ود) يظهر تعديل المكونات المتعامدة cos2πf 0 t وsin2πf 0 t بواسطة تدفقات البيانات الجيبية. في التين. 3.4. هـ) يتم عرض مجموع المكونات المتعامدة الموضحة في الشكل. 3.4. ب) و د). من التعبير عن s(t) والشكل 3.4. يمكننا أن نستنتج ما يلي: 1) الإشارة s(t) لها غلاف ثابت؛ 2) يكون طور الموجة الحاملة للتردد الراديوي مستمراً أثناء انتقالات البتات؛ 3) يمكن اعتبار الإشارة s(t) بمثابة إشارة مشكلة FSK بترددات إرسال f 0 +1/4T وf 0 -1/4T. وبالتالي، يمكن كتابة الحد الأدنى لتباعد النغمات المطلوب في تعديل MSK على النحو التالي:

وهو ما يعادل نصف معدل البت. لاحظ أن تباعد النغمات المطلوب لـ MSK هو نصف (1/T) من التباعد المطلوب للكشف غير المتماسك عن الإشارات المشكلة بـ FSK. وذلك لأن الطور الحامل معروف ومستمر، مما يسمح بإزالة تشكيل الإشارة بشكل متماسك.

أرز. 3.4. الحد الأدنى من معالجة التحول: أ) تعديل تدفق البتات في الطور؛ ب) حاصل ضرب قطار البتات في الطور والموجة الحاملة؛ ج) تعديل تدفق البتات التربيعية؛ د) حاصل ضرب قطار البتات التربيعية والموجة الحاملة؛ ه) إشارة MSK.

3.4 التشكيل التربيعي وخصائصه ( س PSK , قم )

خذ بعين الاعتبار مفتاح إزاحة الطور التربيعي (QPSK). تيار البيانات الأصلي d k (t)=d 0 , d 1 , d 2 ,… يتكون من نبضات ثنائية القطب، أي. d k تأخذ القيم +1 أو -1 (الشكل 3.5.أ))، والتي تمثل واحدًا ثنائيًا وصفرًا ثنائيًا. وينقسم تدفق النبض هذا إلى تدفق في الطور d I (t) وتدفق تربيعي - d Q (t)، كما هو مبين في الشكل. 3.5.ب).

د أنا (ر)=د 0 , د 2 , د 4 ,... (حتى بت)

د Q (t)=d 1 , d 3 , d 5 ,... (بتات فردية)

يمكن الحصول على تنفيذ متعامد مناسب لإشارة QPSK باستخدام تشكيل اتساع التدفقات في الطور والتربيع على وظائف الجيب وجيب التمام للموجة الحاملة.

باستخدام الهويات المثلثية، يمكن تمثيل s(t) بالشكل التالي: s(t)=cos(2πf 0 t+θ(t)). المغير QPSK الموضح في الشكل. 3.5.ج)، يستخدم مجموع شروط الجيب وجيب التمام. يتم استخدام تيار النبض d I (t) لتعديل السعة (بسعة +1 أو -1) لموجة جيب التمام. وهذا يعادل إزاحة مرحلة موجة جيب التمام بمقدار 0 أو π؛ وبالتالي، فإن النتيجة هي إشارة BPSK. وبالمثل، يقوم تيار من النبضات d Q (t) بتعديل الشكل الجيبي، مما يعطي إشارة BPSK متعامدة مع الإشارة السابقة. ومن خلال جمع هذين المكونين الحاملين المتعامدين، يتم الحصول على إشارة QPSK. ستتوافق القيمة θ(t) مع واحدة من أربع مجموعات محتملة من d I (t) وd Q (t) في التعبير عن s(t): θ(t)=0 0، ±90 0 أو 180 0؛ تظهر متجهات الإشارة الناتجة في مساحة الإشارة في الشكل 1. 3.6. وبما أن cos(2πf 0 t) وsin(2πf 0 t) متعامدتان، يمكن اكتشاف إشارتي BPSK بشكل منفصل. يتمتع QPSK بعدد من المزايا مقارنة بـ BPSK: لأنه مع تعديل QPSK، تنقل نبضة واحدة بتتين، ثم يتم مضاعفة معدل نقل البيانات، أو بنفس معدل نقل البيانات كما في مخطط BPSK، يتم استخدام نصف نطاق التردد؛ وأيضا يزيد من مناعة الضوضاء، لأن يبلغ طول النبضات ضعف طول نبضات BPSK، وبالتالي فهي أقوى.

أرز. 3.5. تعديل QPSK.

أرز. 3.6. مساحة الإشارة لنظام QPSK.

يمكن اعتبار تعديل السعة التربيعية (KAM، QAM) استمرارًا منطقيًا لـ QPSK، نظرًا لأن إشارة QAM تتكون أيضًا من موجتين حاملتين مستقلتين بتشكيل السعة.

مع تعديل السعة التربيعية، تتغير كل من مرحلة وسعة الإشارة، مما يسمح لك بزيادة عدد البتات المشفرة وفي نفس الوقت تحسين مناعة الضوضاء بشكل كبير. يعد التمثيل التربيعي للإشارات وسيلة مريحة وعالمية إلى حد ما لوصفها. التمثيل التربيعي هو التعبير عن التذبذب كمجموعة خطية من مكونين متعامدين - الجيب وجيب التمام (في الطور والتربيع):

s(t)=A(t)cos(ωt + φ(t))=x(t)sinωt + y(t)cosωt، حيث

x(t)=A(t)(-sinφ(t)))،y(t)=A(t)cosφ(t)

يتم تنفيذ هذا التعديل المنفصل (المعالجة) عبر قناتين، على موجات حاملة مُزاحة بمقدار 90 0 بالنسبة لبعضها البعض، أي. تقع في التربيع (ومن هنا الاسم).

دعونا نشرح تشغيل الدائرة التربيعية باستخدام مثال توليد إشارات PM (PM-4) رباعية الطور (الشكل 3.7).

أرز. 3.7. دائرة المغير التربيعي.

أرز. 3.8. مساحة الإشارة السداسية العشرية (QAM-16).

باستخدام سجل التحول، يتم تقسيم التسلسل الأصلي للرموز الثنائية للمدة T إلى نبضات فردية y، والتي يتم توفيرها للقناة التربيعية (cosωt)، وحتى نبضات - x، يتم توفيرها للقناة في الطور (sinωt). يتم توفير كلا تسلسل النبضات إلى مدخلات أدوات تشكيل النبض المعالجة المقابلة، عند مخرجاتها يتم تشكيل تسلسلات النبضات ثنائية القطب x(t) وy(t) بسعة ±U m ومدة 2T. تصل النبضتان x(t) وy(t) إلى مدخلات مضاعفات القناة، حيث تتشكل عند مخرجاتها تذبذبات PM ثنائية الطور (0، π). بعد الجمع، فإنها تشكل إشارة FM-4.

في التين. 3.8. يُظهر مساحة إشارة ثنائية الأبعاد ومجموعة من ناقلات الإشارة المُشكَّلة بواسطة QAM السداسي ويتم تمثيلها بنقاط مرتبة في صفيف مستطيل.

من الشكل. 3.8. يمكن ملاحظة أن المسافة بين متجهات الإشارة في مساحة الإشارة مع QAM أكبر منها مع QPSK، وبالتالي فإن QAM أكثر مقاومة للضوضاء مقارنةً بـ QPSK،

3.5 تنفيذ أجهزة المودم التربيعية

تم تصميم المودم لإرسال/استقبال المعلومات عبر أسلاك الهاتف العادية. وبهذا المعنى، يعمل المودم كواجهة بين الكمبيوتر وشبكة الهاتف. وتتمثل مهمتها الرئيسية في تحويل المعلومات المرسلة إلى شكل مقبول للإرسال عبر قنوات الاتصال الهاتفية، وتحويل المعلومات المستلمة إلى شكل مقبول للكمبيوتر. كما تعلم، فإن الكمبيوتر قادر على معالجة ونقل المعلومات بالرمز الثنائي، أي في شكل سلسلة من الأصفار والواحدات المنطقية، تسمى البتات. يمكن ربط الصفر المنطقي بمستوى الجهد العالي والصفر المنطقي بمستوى الجهد المنخفض. عند إرسال المعلومات عبر أسلاك الهاتف، من الضروري أن تفي خصائص الإشارات الكهربائية المرسلة (القدرة، والتركيب الطيفي، وما إلى ذلك) بمتطلبات معدات الاستقبال الخاصة بمقسم الهاتف. أحد المتطلبات الرئيسية هو أن طيف الإشارة يجب أن يقع في النطاق من 300 إلى 3400 هرتز، أي أن لا يزيد عرضه عن 3100 هرتز. ومن أجل تلبية هذا والعديد من المتطلبات الأخرى، تخضع البيانات للتشفير المناسب، والذي يتم في الواقع بواسطة المودم. هناك العديد من طرق التشفير الممكنة التي يمكن من خلالها نقل البيانات عبر القنوات التي يتم تبديلها بين المشتركين. تختلف هذه الطرق عن بعضها البعض من حيث سرعة الإرسال ومناعة الضوضاء. في الوقت نفسه، بغض النظر عن طريقة التشفير، يتم نقل البيانات عبر قنوات المشتركين فقط في شكل تناظري. وهذا يعني أنه يتم استخدام إشارة حاملة جيبية لنقل المعلومات، والتي تخضع لتعديل تناظري. يؤدي استخدام التعديل التناظري إلى عرض نطاق أصغر بكثير بمعدل نقل معلومات ثابت. التعديل التناظري هو طريقة ترميز فيزيائية يتم فيها تشفير المعلومات عن طريق تغيير سعة وتردد ومرحلة الإشارة الحاملة الجيبية. هناك عدة طرق أساسية للتشكيل التناظري: السعة والتردد والمرحلة النسبية. تستخدم أجهزة المودم طرق التعديل المذكورة، ولكن ليس بشكل منفصل، ولكن معًا. على سبيل المثال، يمكن استخدام تعديل السعة بالتزامن مع تعديل الطور (تعديل طور السعة). المشكلة الرئيسية التي تنشأ عند نقل المعلومات عبر قنوات المشتركين هي زيادة السرعة. السرعة محدودة بعرض النطاق الطيفي لقناة الاتصال. ومع ذلك، هناك طريقة يمكنها زيادة سرعة نقل المعلومات بشكل كبير دون زيادة عرض طيف الإشارة. الفكرة الرئيسية لهذه الطريقة هي استخدام الترميز متعدد المواضع. وينقسم تسلسل بتات البيانات إلى مجموعات (رموز)، يرتبط كل منها بحالة إشارة منفصلة. على سبيل المثال، باستخدام 16 حالة إشارة مختلفة (يمكن أن تختلف عن بعضها البعض في كل من السعة والطور)، من الممكن تشفير جميع المجموعات الممكنة لتسلسلات من 4 بتات. وبناءً على ذلك، فإن 32 حالة منفصلة ستسمح بتشفير مجموعة من خمس بتات في حالة واحدة. في الممارسة العملية، لزيادة سرعة نقل المعلومات، يتم استخدام تعديل طور السعة متعدد المواضع مع عدة قيم محتملة لمستويات السعة وتحول طور الإشارة. يُسمى هذا النوع من التعديل بتعديل السعة التربيعية (QAM). في حالة QAM، من المناسب تصوير حالات الإشارة على مستوى الإشارة. كل نقطة على مستوى الإشارة لها إحداثيان: سعة الإشارة وطورها، وهي عبارة عن مزيج مشفر من سلسلة من البتات. لزيادة مناعة الضوضاء لتعديل السعة التربيعية، يمكن استخدام ما يسمى بتعديل كود التعريشة (TCM) أو، بمعنى آخر، تشفير التعريشة. في تعديل التعريشة، تتم إضافة بتة تعريشة إضافية إلى كل مجموعة من البتات المرسلة خلال حالة إشارة منفصلة واحدة. على سبيل المثال، إذا تم تقسيم بتات المعلومات إلى مجموعات مكونة من 4 بتات (إجمالي 16 مجموعة مختلفة ممكنة)، فسيتم وضع 16 نقطة إشارة في مستوى الإشارة. ستؤدي إضافة بتة تعريشة خامسة إلى 32 مجموعة محتملة، مما يضاعف عدد نقاط الإشارة. ومع ذلك، ليست كل مجموعات البتات قانونية، أي ذات معنى. هذه هي الفكرة وراء ترميز التعريشة. يتم تحديد قيمة بت الشبكة المضافة باستخدام خوارزمية خاصة. يكون جهاز التشفير الخاص مسؤولاً عن حساب بتة الشبكة المضافة. في المودم المستقبل، تم تصميم وحدة فك ترميز خاصة لتحليل تسلسل البتات الواردة - ما يسمى بوحدة فك ترميز Viterbi. إذا تم السماح بالتسلسلات المستلمة، فسيتم اعتبار الإرسال قد حدث بدون أخطاء ويتم ببساطة إزالة بت الشبكة. إذا كانت هناك تسلسلات محظورة بين التسلسلات المستقبلة، فإن وحدة فك تشفير Viterbi، باستخدام خوارزمية خاصة، تجد التسلسل المسموح به الأكثر ملاءمة، وبالتالي تصحيح أخطاء الإرسال. لذا، فإن معنى تشفير التعريشة هو زيادة مناعة الضوضاء للإرسال على حساب تكرار قليل نسبيًا. إن استخدام تشفير التعريشة يجعل من الممكن، بشكل رئيسي، الحماية من الارتباك على وجه التحديد النقاط المجاورة في مساحة الإشارة، والتي هي الأكثر عرضة لاحتمال "الارتباك" تحت تأثير التداخل.

4. خصائص استقبال الإشارة في أنظمة الاتصالات

4.1 احتمالات خطأ التمييز م الإشارات المعروفة

يشير كشف الإشارة في الإلكترونيات الراديوية إلى تحليل التذبذب المستقبل y(t)، والذي ينتهي باتخاذ قرار بشأن وجود أو عدم وجود بعض المكونات المفيدة فيه، وهو ما يسمى الإشارة. يتم تعريف تمييز الإشارات M على أنه تحليل للتذبذب المستقبل y(t)، وينتهي بقرار بشأن أي من الإشارات M تنتمي إلى المجموعة المحددة مسبقًا S(s 0 (t)، s 1 (t)، . .., s M -1 ( t)) موجود في y(t). يعد كشف الإشارة حالة خاصة للتمييز بين إشارتين، إحداهما تساوي الصفر خلال فترة المراقبة بأكملها.

دع التقلب الملحوظ y(t) هو تنفيذ عملية عشوائية لها توزيع W y، أي. كثافة الاحتمالية ذات الأبعاد n (PD) W(y) [أو PD الوظيفية W(y(t))]، التي تنتمي إلى إحدى فئات M المنفصلة W i (W i ∩W k = Ø, i≠k, i, k = 0، 1، …، م-1). من الضروري، بعد ملاحظة تنفيذ y(t)، تحديد الفئة التي تنتمي إليها W y. الافتراض بأن W y Wi يسمى الفرضية H i: W y Wi . سيتم الإشارة إلى القرارات الناتجة عن اختبار الفرضيات بالرمز , حيث i(0, 1, ..., M-1) هو رقم الفرضية التي يتم الإعلان عن حقيقتها من خلال القرار المتخذ. التذبذب الذي تم تحليله y(t) هو نتيجة تفاعل الإشارة s i (t) الموجودة فيه مع العملية العشوائية المسببة للتداخل (التداخل والضوضاء) x(t): y(t)=F. تعتمد PV للمجموعة التي تنتمي إليها y(t) على أي من الإشارات المحتملة M موجودة في y(t)، بحيث تتوافق كل s i (t) مع فئة معينة من توزيعات المجموعة الممثلة بـ y( ر). وبالتالي، يتم تفسير الفرضيات H i على أنها افتراضات حول وجود إشارة i-th (وفقط إشارة i-th) في y(t). في هذه الحالة، القرارات، التي يكون أحدها نتيجة لإجراء التمييز، هي بيانات تفيد بأن التذبذب المستلم يحتوي على الإشارة i-th بدقة. الفرضيات H i تتوافق مع الفئات W i . يُقال إن الفرضية H i تكون بسيطة إذا كان الفصل W i يحتوي على توزيع واحد فقط. أي فرضية أخرى تسمى معقدة. تسمى الفرضيات المعقدة M بارامترية إذا كانت الفئات المقابلة تختلف عن بعضها البعض فقط في قيم عدد محدود من المعلمات من نفس التوزيع، الموصوفة بقانون معروف. وبخلاف ذلك، تسمى الفرضيات بارامترية.

دعونا نفكر في تمييز الإشارات الحتمية غير الصفرية M لنفس الطاقة. في هذه الحالة، سيتم اتخاذ قاعدة الاحتمالية القصوى (ML) كأساس.

الأمثل في الحالة التي يكون فيها معيار الجودة هو مجموع احتمالات الخطأ الشرطي، أو احتمال الخطأ الإجمالي مع احتمالات خلفية متساوية لجميع الإشارات p i =1/M.

بالنسبة لـ M اعتباطي، يعتبر التمييز الملتزم بقاعدة MP موجودًا في y(t) الإشارة الأقل بعدًا عن y(t) بمعنى المسافة الإقليدية أو، وهو ما يعادل نفس طاقات الإشارة، مع وجود أقصى ارتباط مع y(t) . إذا اعتبرنا الإشارات s 0 (t)، s 1 (t)، ...، s M -1 (t) كحزمة من المتجهات الموجودة في الفضاء ذي الأبعاد M، فمن أجل تقليل الاحتمال قدر الإمكان للخلط بين الإشارة i-th و k -th، يجب "تفريق" المتجهات i-th و k-th قدر الإمكان. وبالتالي، فإن الاختيار الأمثل للإشارات الحتمية M يأتي إلى البحث عن مثل هذا التكوين لحزمة من المتجهات M حيث تكون المسافة الإقليدية الدنيا بين زوج من المتجهات هي الحد الأقصى: العقل ik =max (i≠k). منذ متى الطاقات متساوية، أي. أطوال المتجهات

حيث ρ ik هو معامل الارتباط للإشارتين i-th وk، وE هي طاقة الإشارة، وبالتالي فإن متطلبات الحد الأدنى للمسافة تكون مماثلة لشرط الحد الأدنى لمعامل الارتباط الأقصى في مجموعة الإشارات S( ق 0 (ر)، ق 1 (ر)، ...، ق م -1 (ر)). يتم تحديد الحد الأدنى الذي يمكن تحقيقه من الحد الأقصى لمعامل الارتباط بسهولة تامة. جمع ρ ik على كل i و k، نحصل عليه

حيث تأتي عدم المساواة من عدم سلبية المربع الموجود تحت التكامل. بالإضافة إلى ذلك، في المجموع على اليسار، مصطلحات M لـ i=k تساوي واحدًا، والباقي M(M-1) لا يزيد عن ρ max =max ρ ik (i≠k). وبالتالي M+M(M-1)ρ max ≥0 و ρ max ≥-1/(M-1).

تكوين النواقل M الذي يكون فيه جيب تمام الزاوية بين أي زوج من النواقل يساوي -1/(M-1) يسمى البسيط العادي. إذا تم أخذ هذه المتجهات كإشارات M، فإن المجموعة الحتمية الناتجة، مع احتمال متساوٍ لجميع s i (t)، ستوفر الحد الأدنى من احتمال الخطأ الإجمالي P osh، مما يحل مسألة الاختيار الأمثل لإشارات M. عندما تكون العلاقة М>>1 -1/(М-1)≈0 ثابتة، وبالتالي، مع عدد كبير من الإشارات المميزة، فإن المجموعة المتعامدة ليست أسوأ من المجموعة البسيطة من حيث الخطأ P.

تسلسل اشتقاق التعبير الدقيق لاحتمال الخطأ في التمييز بين إشارات M مع التعسفي ρ ik هو كما يلي. الكثافة الاحتمالية (PD) لنظام المتغيرات العشوائية z 0 , z 1 , …, z M -1 هي قانون عادي ذو أبعاد M، لتحديد ما يكفي لمعرفة متوسطات جميع z i ومصفوفة الارتباط الخاصة بها. بالنسبة للمتوسطات، إذا كانت الفرضية H l صحيحة، فلدينا . لحظة الارتباط للارتباطات i-th و k تساوي N 0 Eρ ik /2. بعد العثور على PV ذات الأبعاد M، يسمح لنا تكامل M-fold على المنطقة z l ≥z i , i=0, 1, …, M-1 بالحصول على احتمالية الحل الصحيح بشرط أن يكون H l صحيحًا . سيكون مجموع هذه الاحتمالات، مقسومًا على M (مع الأخذ في الاعتبار تكافؤ الاحتمالية للإشارات)، هو الاحتمال الإجمالي للحل الصحيح P ex، المرتبط بـ P osh بالمساواة الواضحة P osh = 1-P ex يمكن تقليل تكامل الطية الذي تم الحصول عليه بهذه الطريقة في عدد من الحالات المهمة إلى مرة واحدة لذلك، لأي إشارات مترابطة (على مسافة متساوية) (ρ ik = ρ، i≠k)

في الحسابات العملية، نادرا ما يستخدم هذا التعبير بسبب الحاجة إلى التكامل العددي. تقديرها العلوي مفيد لاشتقاقها، سنفترض أن الفرضية H l صحيحة. في هذه الحالة، يحدث خطأ دائمًا عندما يكون حدث واحد على الأقل z i >z l , i≠l صحيحًا. احتمالها P osh l , يساوي احتمال الجمع بين الأحداث z i >z l , i≠l، وفقا لنظرية جمع الاحتمالات،

وبمتباينة بول ليست أكبر من المجموع الأول على اليمين. نظرًا لأن كل حد من هذا المجموع هو احتمال خلط إشارتين، ثم للإشارات متساوية البعد

هنا هي نسبة الإشارة إلى الضوضاء عند خرج المرشح المتطابق مع s i (t) تحت الفرضية Hi، - احتمال الخلط بين إشارتين. بالنسبة للإشارات المحتملة بالتساوي (p i = 1/M) نصل إلى ما يسمى بالحد الإضافي على احتمال الخطأ الإجمالي

إن استخدام هذا التعبير له ما يبرره، من ناحية، من خلال التقارب المقارب لجانبه الأيمن وPosh مع زيادة متطلبات جودة التمييز (Posh →0)، ومن ناحية أخرى، من خلال حقيقة أن ، عند اختيار طاقة الإشارة المطلوبة (القيمة الدنيا q) بناءً على الجانب الأيمن من التعبير، يتصرف المطور دائمًا بقدر معين من إعادة التأمين، مما يضمن بقاء الاحتمال الفعلي للخطأ أقل من الرقم الذي قبله في الحساب .

4.2 احتمالات خطأ التمييز م إشارات متقلبة

لا يكون المراقب دائمًا على دراية بالتفصيل مسبقًا بالإشارات المميزة. في كثير من الأحيان، لا يعرف مسبقًا ليس فقط عدد الإشارة الموجودة في التنفيذ الذي تم تحليله، ولكن أيضًا قيم أي معلمات (السعة، التردد، الطور، إلخ) لكل إشارة من الإشارات M المحتملة. في هذه الحالة، لم تعد الإشارات نفسها حتمية، حيث لم يتم تحديد معلماتها؛ وتسمى مهمة التمييز المقابلة تمييز الإشارات ذات المعلمات غير المعروفة.

دعونا نفكر في حل هذه المشكلة باستخدام مثال تمييز الإشارات بمراحل أولية عشوائية. يتم وصف هذه الإشارات بواسطة النموذج

ق أنا (ر؛ φ)=إعادة( أنا (ر)exp)،

حيث f 0 هو التردد المركزي المعروف؛ φ – مرحلة أولية عشوائية مع PV W 0 (φ) مسبقة؛ (t) =S(t)e jγ (t) – الغلاف المعقد للإشارة s(t)، وهو إدراك s(t; φ) عند φ=0: s(t)=s(t; 0 ); S(t) وγ(t) هما القانونان المعروفان للسعة والتشكيل الزاوي. يجب أن يسبق تطبيق قاعدة MP حساب دالة الاحتمال (وظيفية) W(y(t)|H i)، أي. حساب متوسط ​​PT W(y(t)|H i, φ)، المصممة لإشارات حتمية ذات طور ثابت φ على جميع قيمها الممكنة، مع مراعاة PT W 0 (φ) المسبقة. مع مرحلة SW موحدة W 0 (φ)=1/(2π)، |φ|≤π، مع الأخذ بعين الاعتبار تساوي طاقات جميع الإشارات المميزة، W(y(t)|H i) هو Bessel معدل وظيفة النظام الصفري:

حيث c هو معامل يحتوي على عوامل مستقلة عن i، و - وحدة الارتباط للأغلفة المعقدة للتذبذب المستقبل y(t) والإشارة i. رتابة الدالة I 0 (·) على نصف المحور الموجب تسمح لنا بالانتقال إلى إحصائيات كافية Z i وكتابة قاعدة MP في النموذج

وبالتالي، فإن التمييز الأمثل لإشارات M ذات الطاقة المتساوية مع المراحل الأولية العشوائية يجب أن يحسب جميع قيم M لـ Z i، وإذا كان الحد الأقصى لها هو Z k، يقرر وجود إشارة k في y(t). وهذا يعني أن الإشارة التي يكون غلافها المركب له أكبر ارتباط من حيث الحجم مع الغلاف المركب y(t) تعتبر موجودة في التذبذب المرصود y(t).

تعد الصيغ الدقيقة لاحتمالات الأخطاء في التمييز بين الإشارات التعسفية M مرهقة للغاية حتى بالنسبة إلى M = 2، ومع ذلك، في التطبيقات، يتم مواجهة مجموعات الإشارات المتعامدة بالمعنى المعزز في كثير من الأحيان. هذا الأخير يعني أن أي إشارتين متباعدتين s i (t؛ φ i)، s k (t؛ φ k) متعامدتان لأي قيم للمراحل الأولية:

∫s i (t; φ i)s k (t; φ k)dt=0 لأي φ i , φ k و i≠k,

أو، بشكل مكافئ، تكون الأظرف المعقدة الحتمية لهذه الإشارات متعامدة:

.

إن شرط التعامد بمعنى أقوى هو أكثر صرامة من شرط التعامد المعتاد الذي ظهر سابقًا في تطبيق الإشارات الحتمية. وبالتالي، فإن قطعتين من موجة جيب التمام، منزاحتين بزاوية ±π/2، متعامدتان بالمعنى المعتاد، ليستا متعامدتين عندما يتغير تحول الطور، أي. بمعنى أقوى. وفي الوقت نفسه، فإن الإشارات التي لا تتداخل في الوقت أو الطيف تكون متعامدة بمعنى أقوى.

إذا انتقلنا أولا إلى التمييز بين إشارتين، فليس من الصعب أن نفهم أن الزوج المقابل، الذي يقلل من Posh في فئة الإشارات الحتمية، غير مقبول في المسائل التي تكون فيها المراحل الأولية للإشارات عشوائية. والحقيقة أن الخاصية الوحيدة التي يتم بها تمييز الإشارات المتضادة هي الإشارة، أي. وجود أو عدم وجود المصطلح π في المرحلة الأولية. ومع ذلك، عندما تكتسب كل إشارة تحولًا عشوائيًا في الطور قبل دخول المُميِّز، فإن محاولات استخدام الطور الأولي كميزة مميزة للإشارة لا معنى لها، ويجب على المُميِّز التخلص من القيمة غير المعلوماتية φ. وبالتالي، يمكننا أن نتوصل إلى استنتاج مفاده أنه في فئة M≥2 من الإشارات ذات المراحل العشوائية، لا تتمتع مجموعات الإرسال البسيط بخصائص مثالية. إن مجموعات الإشارات المتعامدة بالمعنى المضخم هي الأمثل: كل إشارة من هذه الإشارات تسبب استجابة عند خرج واحد فقط من مرشحات دائرة الاستقبال، وبالتالي الخلط بين الإشارة i وإشارة سوف يحدث k-th فقط في الحالة التي يكون فيها غلاف الضوضاء عند الخرج k سيكون للمرشح المطابق (MF) قيمة تتجاوز قيمة غلاف مجموع الإشارة مع الضوضاء عند خرج i-th مف. سيؤدي انتهاك شرط التعامد بمعنى أقوى إلى ظهور رد فعل على إشارة i-th عند إخراج ليس فقط i-th، ولكن أيضًا SF أخرى، على سبيل المثال k-th، مما يؤدي إلى مظروف سوف يصبح الارتفاع في خرج k-th SF أكبر من قيمة Z i أكثر احتمالا.

للعثور على احتمال الخلط p 01 s 0 (t; φ) مع s 1 (t; φ) عند التمييز بين إشارتين، من الضروري دمج المفصل PV Z 0، Z 1 تحت الفرضية H 0 W(Z 0) , Z 1 |H 0) فوق المنطقة Z 1 >Z 0 . بالنسبة للإشارات المتعامدة بالمعنى المضخم، تكون القيمتان Z 0 و Z 1 مستقلتين، وبالتالي W(Z 0 , Z 1 |H 0)=W(Z 0 |H 0)W(Z 1 |H 0) ). إن الكهروضوئيات أحادية البعد Z 0 وZ 1 معروفة: إذا كانت H 0 صحيحة، فإن Z 0 كغلاف مجموع الإشارة مع الضوضاء له كهروضوئية رايلي معممة؛ Z 1 كغلاف من الضوضاء فقط هو متغير رايلي العشوائي. ضرب هذه PVs بعد دمج PV W(Z 0 , Z 1 |H 0) الناتج ومراعاة المساواة الواضحة p 01 =p 10 لاحتمال الخطأ الكلي في التمييز بين إشارتين متعامدتين متساويتين في الإشارات الحسية المضخمة مع مراحل عشوائية، نحصل عليها

تكرار منطق الفقرة 4.2. (للإشارات الحتمية) يؤدي إلى حد مضاف

والذي، كقاعدة عامة، يستخدم لتقدير احتمال الخطأ إذا كان عدد الإشارات المتعامدة المحتملة بنفس القدر بالمعنى المضخم هو M≥2.

4.3 حساب أخطاء التمييز م إشارات ذات معلمات غير طاقة غير معروفة

دعونا نفكر في مشكلة التمييز بين الإشارات المتعامدة "M" ذات الموقع الزمني غير المعروف في أنظمة الاتصالات غير المتزامنة مع تقسيم كود القنوات. يتم اتخاذ القرار بشأن وجود إشارة في القناة باستخدام طريقة الاحتمالية القصوى. دعونا نجد احتمال خطأ التمييز مع الأخذ في الاعتبار انبعاثات الضوضاء في فترة التأخير الزمني المحتمل للإشارات.

لنفترض أن هناك مشتركين على شكل حرف "M" في نظام اتصالات، يستخدم كل منهم إشارته الخاصة. توفر إشارات Simplex أكبر قدر من المناعة ضد الضوضاء عند نقل المعلومات في مثل هذه الظروف. عندما تكون M>>1، تتطابق مناعة الضوضاء لنظام الإشارة هذا عمليًا مع مناعة الضوضاء لنظام الإشارات المتعامدة، والتي

هنا E kf هي طاقة الإشارة f k . تتطلب حالة التعامد، والتي يمكن تسميتها "التعامد عند نقطة ما"، عمليًا نظامًا زمنيًا موحدًا لتنظيم الاتصال المتزامن. في الأنظمة غير المتزامنة، يتم استخدام الإشارات المتعامدة بالمعنى المضخم، والتي، لجميع قيم τ k و τ m

إذا R كم (τ ك، τ م)<0.25 – 0.3, то можно считать ансамбль сигналов практически удовлетворяющим условию ортогональности.

سننظر في نظام الإشارات المعقدة (f k (t))، k=1...M متعامد مع تحول تعسفي. من بين الإشارات المعقدة، إشارات مفتاح إزاحة الطور (PM) ذات غلاف معقد من النموذج

حيث a i هي شفرة التسلسل، وu 0 (t) هو شكل غلاف الطرد الأولي، وΔ هي مدته. في حالة الشكل المستطيل لغلاف الطرد الأولي، تكون دالة الارتباط الذاتي (ACF) بالشكل:

هنا R 0 (τ)=(1-|τ|/Δ). على مقربة من الحد الأقصى لـ ACF R(τ)= R 0 (τ)=(1-|τ|/Δ). عند مدخل جهاز الاستقبال، بعد المرور عبر قناة متعددة المسارات، يمكن كتابة الإشارة المفيدة على النحو التالي:

δ n هو التأخير النسبي للإشارة على طول الحزمة ذات الرقم n، τ هو وقت الوصول غير المعروف، والذي يقع داخل الفاصل الزمني. ε n =A n /A 0 – الاتساع النسبي للحزمة "n"، والمعلمة ν تعني عدد أشعة الانتشار الإضافية. التأخيرات النسبية δ n >Δ، أي يتم فصل الحزم عند معالجة إشارة معقدة. عندما تكون ν = 0، يكون للإشارة الشكل s(t)=A 0 f(t-τ 0).

دعونا نفكر في خوارزمية المعالجة. يدخل الخليط إلى مدخل جهاز الاستقبال

س(ر)=ث ك (ر-τ 0ك)+η(ر)، (ر)،

حيث s k (t) هي إحدى الإشارات المحتملة، k=1...M، τ 0 k هو التأخير الزمني للإشارة، η(t) عبارة عن ضوضاء غوسية بيضاء بقيمة متوسطة صفر وكثافة طيفية للقدرة N 0 / 2. من الضروري اتخاذ قرار بشأن أي من الإشارات المحتملة M موجودة عند مدخل جهاز الاستقبال. لنفكر في جهاز استقبال بدون تعويض تعدد المسارات. يحتوي الجزء الخطي من جهاز الاستقبال هذا على قنوات M يتم فيها إحصائيات النموذج

يمكن إعادة كتابة التعبير الخاص بـ L k (τ k) في شكل أكثر ملاءمة للتحليل

هنا وفي الصيغ اللاحقة، يتم حذف المؤشر k للإيجاز إذا تمت دراسة خصائص قناة واحدة، z 0 2 =2A 0 2 E f /N 0 - نسبة طاقة الإشارة إلى الضوضاء، S(τ-τ 0) =∫f(t-τ ) f(t-τ 0)dt/E f - دالة الإشارة المقيسة، N(τ)=∫n(t)f(t-τ)dt - دالة الضوضاء المقيسة بمتوسط ​​صفر، وحدة وظيفة التباين والارتباط =S(τ"-τ""). غلاف دالة الإشارة S(τ-τ 0) هو ACF.

ووفقاً لخوارزمية الاحتمالية القصوى، يتم اتخاذ قرار لصالح رقم الإشارة m إذا كان subL m (τ m)≥supL k (τ k). للعثور على احتمالات القرارات الصحيحة وغير الصحيحة باستخدام هذه القاعدة، من الضروري حساب توزيع الحد الأقصى المطلق للعمليات L(τ) على الفاصل الزمني [T 1, T 2].

دعونا نفكر في تقنية لحساب احتمال الخطأ في التمييز بين إشارات M ذات المعلمات غير المعروفة أثناء انتشار الإشارة أحادية المسار (أو في مخطط دمج الإشارة الأمثل). دعونا نشير بالرمز H k =supL k (τ k) إلى قيمة الحد الأقصى المطلق للإحصائيات عند خرج القناة k للمستقبِل. نكتب التوزيع المشترك للمتغيرات العشوائية (H 1 ,H 2 ,..H M ) بالشكل w(u 1 ,u 2 ,..u M). شرط التعامد للإشارات f k (t) بالمعنى الإحصائي يعني استقلال المتغيرات العشوائية H k , k=1..M. ثم يمكن كتابة احتمالية القرار الصحيح باستخدام خوارزمية الاحتمالية القصوى

إذا أخذنا في الاعتبار حالة التعامد لنظام الإشارة (s k (t))، إذن

لنفترض أن نظام الإشارات (s k (t)) له نفس الطاقة، أي z 0 m =z 0 k =z 0 . ومن ثم يمكن إعادة كتابة صيغ H m وH k في النموذج

يمكن تقريب دالة التوزيع للحد الأقصى المطلق h k لتنفيذ عملية غوسية مع دالة الارتباط R(τ) بالصيغة

ξ=(T 2 -T 1)/Δ – طول مخفض للفاصل الزمني المسبق [T 1,T 2]، والذي يعني عدد استبانة إشارات PM في هذا الفاصل الزمني. التقريب دقيق بشكل مقارب لـ ξ→∞، u→∞. بالنسبة للقيم المحدودة لـ ξ وu، يمكن استخدام تقريب أكثر دقة

تكامل الاحتمال. بالنسبة إلى ξ>>1 وz 0 >>1، يمكن كتابة دالة التوزيع للحد الأقصى المطلق h m بالشكل F m (u)=F s (u)F N (u)≈Φ(u-z 0)F N (u). باستبدال التعبيرات F N (u) و F m (u) في العلاقة الخاصة بحقوق P، نحصل عليها بعد التحويلات المناسبة

يتوافق الحد الأول مع الاحتمال المسبق للحل الصحيح لأحداث M المحتملة على حد سواء. يحدد المصطلح الثاني التغيرات في الاحتمالية بسبب اتخاذ القرار. بما أن z 0 →∞، فإن التكامل في التعبير الخاص بحقوق P يميل إلى 1، وبالتالي حقوق P →1.

الاحتمال الإجمالي للخطأ في التمييز بين إشارات M ذات المعلمات غير المعروفة يساوي

يتضح من الصيغ أنه مع زيادة عدد الإشارات المميزة، يزداد احتمال خطأ القرار P e (z 0). مع زيادة الفاصل الزمني المسبق للتأخير الزمني للإشارة ξ، يزداد احتمال خطأ التمييز P e (z 0) بشكل ملحوظ.

4.4 مقارنة أنظمة الاتصالات المتزامنة وغير المتزامنة

عادة، عند النظر في أداء جهاز الاستقبال أو مزيل التشكيل، يُفترض مستوى معين من تزامن الإشارة. على سبيل المثال، يفترض إزالة تشكيل الطور المتماسك (PSK) أن جهاز الاستقبال يمكنه توليد إشارات مرجعية يكون طورها مطابقًا (ربما يصل إلى إزاحة ثابتة) لطور عناصر أبجدية إشارة المرسل. ثم، في عملية اتخاذ القرار بشأن قيمة الرمز المستلم (باستخدام مبدأ الاحتمالية القصوى)، تتم مقارنة الإشارات المرجعية مع الإشارات الواردة.

عند توليد مثل هذه الإشارات المرجعية، يجب أن يكون جهاز الاستقبال متزامنًا مع الناقل المستقبل. وهذا يعني أن طور الموجة الحاملة الواردة ونسختها عند جهاز الاستقبال يجب أن تكون متسقة. بمعنى آخر، إذا لم تكن هناك معلومات مشفرة في الناقل الوارد، فإن الناقل الوارد ونسخته عند جهاز الاستقبال سوف يمران بالصفر في نفس الوقت. تسمى هذه العملية بالحلقة المقفلة الطور (وهذا شرط يجب استيفاؤه بأكبر قدر ممكن إذا أردنا إزالة تشكيل الإشارات المعدلة بشكل متماسك بدقة في جهاز الاستقبال). ونتيجة للحلقة المقفلة الطور، تتم مزامنة المذبذب المحلي لجهاز الاستقبال في التردد والطور مع الإشارة المستقبلة. إذا كانت الإشارة الحاملة تعدل مباشرة موجة حاملة فرعية بدلاً من موجة حاملة، فيجب تحديد كل من طور الموجة الحاملة وطور الموجة الحاملة الفرعية. إذا لم يقم المرسل بقفل طور الموجة الحاملة والموجة الحاملة الفرعية (وهو ما يحدث عادة)، فسوف يُطلب من جهاز الاستقبال إنشاء نسخة من الموجة الحاملة الفرعية، مع التحكم في الطور لنسخة الحامل الفرعي بشكل منفصل عن التحكم في الطور للموجة الحاملة الفرعية. ناقل النسخ. وهذا يسمح للمستقبل بالحصول على قفل الطور على كل من الموجة الحاملة والموجة الحاملة الفرعية.

بالإضافة إلى ذلك، من المفترض أن يعرف المتلقي بالضبط أين يبدأ الرمز الوارد وأين ينتهي. هذه المعلومات ضرورية لمعرفة فترة تكامل الرمز المناسبة - فترة تكامل الطاقة - قبل اتخاذ قرار بشأن معنى الرمز. ومن الواضح أنه إذا قام جهاز الاستقبال بالتكامل عبر فترة زمنية ذات طول غير مناسب أو عبر فترة تمتد لرمزين، فسيتم تقليل القدرة على اتخاذ قرار دقيق.

يمكن ملاحظة أن تزامن الرمز والطور يشتركان في أن كلاهما يتضمن إنشاء نسخة من جزء من الإشارة المرسلة في جهاز الاستقبال. بالنسبة لقفل الطور، ستكون هذه نسخة طبق الأصل من الناقل. بالنسبة للرمزية، هذا هو التعرج مع الانتقال إلى الصفر في وقت واحد مع انتقال الإشارة الواردة بين الرموز. ويقال إن جهاز الاستقبال القادر على القيام بذلك لديه مزامنة للرموز. ونظرًا لوجود عدد كبير جدًا من فترات الموجة الحاملة لكل فترة رمز، فإن هذا المستوى الثاني من التزامن يكون أكثر خشونة من تزامن الطور ويتم إنجازه عادةً باستخدام دائرة مختلفة عن تلك المستخدمة في تزامن الطور.

تتطلب العديد من أنظمة الاتصالات مستوى أعلى من التزامن، يُطلق عليه عادةً تزامن الإطار. تكون مزامنة الإطار مطلوبة عندما يتم تسليم المعلومات على شكل كتل، أو رسائل تحتوي على عدد ثابت من الأحرف. ويحدث هذا، على سبيل المثال، عند استخدام رمز الكتلة لتنفيذ نظام حماية من الأخطاء الأمامية أو عندما تكون قناة الاتصال مشتركة زمنيًا ومستخدمة من قبل العديد من المستخدمين (تقنية TDMA). مع تشفير الكتلة، يجب أن يعرف مفكك التشفير موقع الحدود بين كلمات التشفير، وهو أمر ضروري لفك التشفير الصحيح للرسالة. عند استخدام قناة بتقسيم الزمن، تحتاج إلى معرفة موقع الحدود بين مستخدمي القناة، وهو أمر ضروري للاتجاه الصحيح للمعلومات. مثل مزامنة الرمز، فإن مزامنة الإطار تعادل القدرة على توليد موجة مربعة بمعدل إطار مع انتقالات صفرية تتزامن مع التحولات من إطار إلى آخر.

تتطلب معظم أنظمة الاتصالات الرقمية التي تستخدم التشكيل المتماسك مستويات التزامن الثلاثة: الطور والرمز والإطار. تتطلب أنظمة التشكيل غير المتماسكة عادة تزامن الرمز والرتل فقط؛ وبما أن التشكيل غير متماسك، فإن قفل الطور الدقيق غير مطلوب. وبالإضافة إلى ذلك، تتطلب الأنظمة غير المتماسكة تزامن التردد. يختلف تزامن التردد عن تزامن الطور من حيث أن نسخة الموجة الحاملة التي يولدها جهاز الاستقبال يمكن أن تحتوي على إزاحات طور تعسفية من الموجة الحاملة المستقبلة. يمكن تبسيط بنية المستقبل إذا لم تكن هناك حاجة لتحديد قيمة الطور الدقيقة للموجة الحاملة الواردة. ولسوء الحظ، فإن هذا التبسيط ينطوي على تدهور في اعتماد موثوقية الإرسال على نسبة الإشارة إلى الضوضاء.

حتى الآن، كان تركيز المناقشة منصبًا على الطرف المتلقي لقناة الاتصال. ومع ذلك، في بعض الأحيان يقوم جهاز الإرسال بدور أكثر نشاطًا في المزامنة - فهو يغير توقيت وتكرار عمليات الإرسال الخاصة به لتتناسب مع توقعات جهاز الاستقبال. مثال على ذلك هو شبكة الاتصالات عبر الأقمار الصناعية، حيث تقوم العديد من المحطات الأرضية بإرسال إشارات إلى جهاز استقبال قمر صناعي واحد. في معظم هذه الحالات، يستخدم المرسل قناة الاتصال العكسي من جهاز الاستقبال لتحديد دقة التوقيت. لذلك، غالبًا ما تتطلب مزامنة جهاز الإرسال الناجحة اتصالاً أو شبكة ثنائية الاتجاه. لهذا السبب، غالبًا ما يُطلق على مزامنة جهاز الإرسال اسم مزامنة الشبكة.

هناك تكلفة مرتبطة بالحاجة إلى مزامنة جهاز الاستقبال. كل مستوى إضافي من المزامنة يعني زيادة تكلفة النظام. الاستثمار الأكثر وضوحًا هو الحاجة إلى برامج أو أجهزة إضافية لجهاز الاستقبال للحصول على التزامن والحفاظ عليه. وأيضًا، وبشكل أقل وضوحًا، فإننا ندفع أحيانًا في الوقت الذي نقضيه في المزامنة قبل بدء الاتصال، أو في الطاقة اللازمة لنقل الإشارات التي سيتم استخدامها في جهاز الاستقبال للحصول على التزامن والحفاظ عليه. عند هذه النقطة، قد يتساءل المرء لماذا يجب على مصمم نظام الاتصالات أن يفكر في تصميم نظام يتطلب درجة عالية من التزامن. الجواب: تحسين الأداء وتعدد الاستخدامات.

خذ بعين الاعتبار راديو AM التناظري التجاري النموذجي، والذي يمكن أن يكون جزءًا مهمًا من نظام اتصالات البث الذي يتضمن جهاز إرسال مركزي وأجهزة استقبال متعددة. نظام الاتصال هذا غير متزامن. وفي الوقت نفسه، يجب أن يكون عرض النطاق الترددي لجهاز الاستقبال واسعًا بما يكفي ليشمل ليس فقط إشارة المعلومات، ولكن أيضًا أي تقلبات في الموجة الحاملة ناتجة عن تأثير دوبلر أو انحراف في التردد المرجعي للمرسل. ويعني متطلب النطاق الترددي لجهاز الإرسال هذا أنه يتم تسليم طاقة ضوضاء إضافية إلى الكاشف بما يزيد عن الطاقة المطلوبة نظريًا لنقل المعلومات. قد تتضمن أجهزة الاستقبال الأكثر تطوراً قليلاً والتي تحتوي على نظام تتبع تردد الموجة الحاملة، مرشح تمرير نطاق ضيق متمركز على الموجة الحاملة، مما سيؤدي إلى تقليل طاقة الضوضاء بشكل كبير وزيادة نسبة الإشارة إلى الضوضاء المستقبلة. لذلك، على الرغم من أن أجهزة الاستقبال الراديوية التقليدية مناسبة تمامًا لاستقبال الإشارات من أجهزة الإرسال الكبيرة عبر مسافات تصل إلى عدة عشرات من الكيلومترات، إلا أنها قد لا تعمل في ظل ظروف أقل.

بالنسبة للاتصالات الرقمية، غالبًا ما يتم أخذ المفاضلات بين أداء جهاز الاستقبال والتعقيد في الاعتبار عند اختيار التشكيل. تشمل أبسط أجهزة الاستقبال الرقمية تلك المصممة للاستخدام مع FSK الثنائي مع كشف غير متماسك. الشرط الوحيد هو مزامنة البتات وتتبع التردد. ومع ذلك، إذا اخترت مخطط BPSK متماسك كتشكيل، فيمكنك الحصول على نفس احتمالية الخطأ في البتات، ولكن مع نسبة إشارة إلى ضوضاء أقل (بحوالي 4 ديسيبل). ومن عيوب تعديل BPSK أن جهاز الاستقبال يتطلب تتبعًا دقيقًا للطور، مما قد يمثل تحديًا في التصميم إذا كانت الإشارات ذات معدلات دوبلر عالية أو معرضة للتلاشي.

تتضمن المفاضلة الأخرى بين السعر والأداء ترميز تصحيح الأخطاء. من الممكن إجراء تحسينات كبيرة في الأداء عند استخدام تقنيات تدقيق الأخطاء المناسبة. في الوقت نفسه، يمكن أن يكون السعر، المعبر عنه في تعقيد جهاز الاستقبال، مرتفعا. يتطلب التشغيل السليم لمفكك تشفير الكتلة أن يقوم جهاز الاستقبال بتحقيق تزامن الكتلة أو الإطار أو الرسالة. يعد هذا الإجراء بالإضافة إلى إجراء فك التشفير العادي، على الرغم من وجود رموز معينة لتصحيح الأخطاء تحتوي على توقيت كتلة مدمج. تتطلب الرموز التلافيفية أيضًا بعض المزامنة الإضافية للحصول على الأداء الأمثل. على الرغم من أن تحليل أداء الرموز التلافيفية غالبًا ما يفترض أن طول تسلسل الإدخال لا نهائي، إلا أن هذا ليس هو الحال عمليًا. ولذلك، لضمان الحد الأدنى من احتمال الخطأ، يجب أن يعرف مفكك التشفير الحالة الأولية (عادة جميع الأصفار) التي يبدأ منها تسلسل المعلومات، والحالة النهائية، والوقت اللازم للوصول إلى الحالة النهائية. إن معرفة متى تنتهي الحالة الأولية ويتم الوصول إلى الحالة النهائية يعادل وجود مزامنة الإطار. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن يعرف جهاز فك التشفير كيفية تجميع رموز القناة لاتخاذ قرار التفرع. ينطبق هذا المطلب أيضًا على المزامنة.

تمت مناقشة المفاضلات أعلاه من حيث المفاضلة بين أداء وتعقيد القنوات الفردية وأجهزة الاستقبال. ومن الجدير بالذكر أن القدرة على المزامنة لها أيضًا آثار محتملة كبيرة تتعلق بكفاءة النظام وتعدد استخداماته. تتيح مزامنة الإطار استخدام تقنيات الوصول المتعدد المتقدمة والعالمية مثل أنظمة الوصول المتعدد المستندة إلى الطلب (DAMA). وبالإضافة إلى ذلك، فإن استخدام تقنيات تمديد الطيف، سواء كانت مخططات النفاذ المتعدد أو قمع التداخل، يتطلب مستوى عالياً من تزامن النظام. توفر هذه التقنيات القدرة على إنشاء أنظمة متعددة الاستخدامات، وهي ميزة مهمة جدًا عندما يتغير النظام أو يتعرض لتداخل مقصود أو غير مقصود من مصادر خارجية مختلفة.

خاتمة

يصف القسم الأول من عملي مبادئ بناء أنظمة اتصالات الاتصالات اللاسلكية: يتم تقديم رسم تخطيطي لبناء نظام اتصالات خلوية، وتوضيح طرق فصل المشتركين في الاتصالات الخلوية، ومزايا (السرية والحصانة من الضوضاء) للكود تمت الإشارة إلى التقسيم مقارنة بالوقت والتردد، كما تم أخذ المعايير اللاسلكية الشائعة في الاعتبار، واتصالات DECT وBluetooth وWi-Fi (802.11، 802.16).

بعد ذلك، يتم النظر في الارتباط والخصائص الطيفية للإشارات، وعلى سبيل المثال، يتم تقديم حسابات أطياف بعض الإشارات (النبض المستطيل، الجرس الغوسي، النبض الأملس) ووظائف الارتباط الذاتي لإشارات باركر ووظائف والش الشائعة في الاتصالات الرقمية، كما بالإضافة إلى الإشارة إلى أنواع الإشارات المعقدة لأنظمة الاتصالات.

يعرض الفصل الثالث طرق تعديل الإشارات المعقدة: طرق مفتاح إزاحة الطور، والتشكيل مع الحد الأدنى من إزاحة التردد (إحدى طرق التشكيل ذات الطور المستمر)، وتشكيل السعة التربيعية؛ ويشار إلى مزاياها وعيوبها.

يحتوي الجزء الأخير من العمل على دراسة احتمالات الأخطاء في التمييز بين إشارات M المعروفة وإشارات M المتقلبة على خلفية التداخل، بالإضافة إلى خوارزمية لحساب الأخطاء في التمييز بين إشارات M المتعامدة مع موقع زمني غير معروف في أنظمة الاتصالات غير المتزامنة مع تقسيم الكود

فهرس:

1. راتينسكي إم. أساسيات الاتصالات الخلوية / إد. دي بي زيمينا - م: الراديو والاتصالات، 1998. - 248 ص.

2. سكليار ب. الاتصالات الرقمية. الأسس النظرية والتطبيق العملي، الطبعة الثانية: ترجمة. من الانجليزية – م: دار ويليامز للنشر، 2003. – 1104 ص.

3. شاهنوفيتش آي. تقنيات الاتصالات اللاسلكية الحديثة. موسكو: تكنوسفير، 2004. – 168 ص.

4. باسكاكوف إس. الدوائر والإشارات الهندسية الراديوية: كتاب مدرسي. للجامعات لأغراض خاصة "هندسة الراديو". – الطبعة الثالثة، المنقحة. وإضافية - م: أعلى. المدرسة، 2000. – 462 ص.

5. الإشارات الشبيهة بالضوضاء في أنظمة نقل المعلومات. إد. البروفيسور في.ب. بيسترياكوف. م.، "سوف. الراديو "، 1973. - 424 ص.

6. فاراكين إل. أنظمة الاتصالات ذات الإشارات الشبيهة بالضوضاء. – م: الإذاعة والاتصالات، 1985. – 384 ص.

7. فيشنفسكي في إم، لياخوف إيه آي، بورتنوي إس إل، شاهنوفيتش آي في. شبكات نقل المعلومات اللاسلكية ذات النطاق العريض. موسكو: تكنوسفير، 2005. – 592 ص.

8. رادشينكو يو إس، رادتشينكو تي. كفاءة فصل كود الإشارات ذات وقت وصول غير معروف. وقائع المؤتمر الدولي الخامس. أسيوط. "الرادار والملاحة والاتصالات" - RLNC-99، فورونيج، 1999، المجلد 1، ص. 507-514.

9. أنظمة الهندسة الراديوية: كتاب مدرسي. للجامعات لأغراض خاصة "هندسة الراديو" / يو.بي. جريشين ، ف.ب. إيباتوف، يو.إم. كازارينوف وآخرون؛ إد. يو.إم. كازارينوفا. - م: أعلى. المدرسة، 1990. – 469 ص.

· المحاضرة 27. مبادئ بناء أنظمة حوسبة الاتصالات.

مقدمة

الاتصالاتيمكن تعريفها على أنها تقنية تربط صفائف المعلومات التي غالبًا ما تكون موجودة على مسافة ما من بعضها البعض. تشهد الاتصالات حاليًا ثورة بطريقتين: التغيرات السريعة في تكنولوجيا الاتصالات والتغيرات التي لا تقل أهمية في ملكية خدمات الاتصالات والتحكم فيها وتقديمها. يجب على المديرين اليوم أن يفهموا قدرات وفوائد تقنيات الاتصالات المختلفة، وأن يكونوا قادرين على الموازنة بين تكاليف وفوائد استخدام الاتصالات بشكل صحيح.

نظام الاتصالاتعبارة عن مجموعة من الأجهزة المتوافقة مع الأجهزة والبرامج المتصلة بنظام واحد بغرض نقل البيانات من مكان إلى آخر. نظام الاتصالات قادر على إرسال معلومات نصية أو رسومية أو صوتية أو فيديو. يصف هذا الفصل المكونات الرئيسية لأنظمة الاتصالات. تشرح الأقسام التالية كيفية عمل هذه المكونات معًا لتكوين أنواع مختلفة من الشبكات.

يشتمل نظام الاتصال النموذجي على الخوادم وأجهزة كمبيوتر المستخدم وقنوات الاتصال (يشار إليها في الشكل بالخطوط الحمراء)، بالإضافة إلى المعدات النشطة - أجهزة المودم والمحاور وما إلى ذلك.

2. مكونات نظام الاتصالات

فيما يلي المكونات الرئيسية لنظام الاتصالات:

1. الخوادم التي تقوم بتخزين المعلومات ومعالجتها.

2. تُستخدم محطات العمل وأجهزة كمبيوتر المستخدم لإدخال الاستعلامات في قواعد البيانات، وتلقي نتائج الاستعلام ومعالجتها، وتنفيذ مهام أخرى للمستخدمين النهائيين لأنظمة المعلومات.

3. قنوات الاتصال هي خطوط اتصال يتم من خلالها نقل البيانات بين مرسل المعلومات ومتلقيها. تستخدم قنوات الاتصال أنواعًا مختلفة من وسائط نقل البيانات: خطوط الهاتف وكابلات الألياف الضوئية والكابلات المحورية واللاسلكية وقنوات الاتصال الأخرى.

4. المعدات النشطة - أجهزة المودم، ومحولات الشبكة، والمحاور، والمحولات، وأجهزة التوجيه، وما إلى ذلك. هذه الأجهزة ضرورية لنقل واستقبال البيانات.

5. برنامج الشبكة الذي يتحكم في عملية إرسال واستقبال البيانات ويتحكم في تشغيل الأجزاء الفردية من نظام الاتصالات.

وظائف نظام الاتصالات

لنقل المعلومات من نقطة ما واستقبالها من نقطة أخرى، يحتاج نظام الاتصالات إلى إجراء بعض العمليات التي تكون في الغالب مخفية عن المستخدمين. قبل أن يقوم نظام الاتصالات بإرسال المعلومات، فإنه يحتاج إلى إنشاء اتصال بين الطرفين المرسل (المرسل) والمستقبل (المستقبل). ثم قم بحساب المسار الأمثل لنقل البيانات، وقم بإجراء المعالجة الأولية للمعلومات المرسلة (على سبيل المثال، تحتاج إلى التحقق من إرسال رسالتك إلى الشخص الذي أرسلتها إليه) وتحويل سرعة إرسال الكمبيوتر إلى السرعة التي يدعمها خط الاتصال. وأخيرا، يتحكم نظام الاتصالات في تدفق المعلومات المرسلة.

أجهزة الشبكات والاتصالات.

وسائل الاتصال الأكثر استخدامًا هي الخطوط الملتوية والكابلات المحورية وخطوط الألياف الضوئية. عند اختيار نوع الكابل، خذ بعين الاعتبار المؤشرات التالية:

· تكلفة التركيب والصيانة،

· سرعة نقل المعلومات،

· القيود المفروضة على مسافة نقل المعلومات دون مكبرات الصوت الإضافية (المكررات)،

· أمن نقل البيانات.

وتتمثل المشكلة الرئيسية في ضمان هذه المؤشرات في وقت واحد، على سبيل المثال، يكون أعلى معدل لنقل البيانات محدودًا بأقصى مسافة ممكنة لنقل البيانات، والتي لا تزال تضمن المستوى المطلوب من حماية البيانات. تؤثر سهولة التوسع وسهولة توسيع نظام الكابل على تكلفته.

3. أنواع شبكات الاتصالات.

هناك طرق مختلفة لتنظيم معدات الشبكة النشطة والسلبية للعمل معًا، وبالتالي، هناك طرق عديدة لتصنيف الشبكات. يمكن تصنيف الشبكات حسب التكوين أو طوبولوجيا الشبكة. بناءً على حجمها الجغرافي، تنقسم الشبكات إلى عالمية ومحلية. تغطي الشبكات العالمية، كقاعدة عامة، مساحات كبيرة إلى حد ما - من 1-2 إلى مئات الآلاف من الكيلومترات. تجمع الشبكات المحلية بين موارد الكمبيوتر الخاصة بمبنى واحد أو أكثر. في هذا الجزء، سوف تتعرف على الأنواع المختلفة لشبكات الكمبيوتر.

الشبكات المحلية

الشبكة المحلية ، LAN (أحيانًا اسم شبكة المنطقة المحلية، LAN) - شبكة المنطقة المحلية، LAN - تغطي مساحات صغيرة، عادةً ما تكون مبنى واحد أو عدة مباني مجاورة. تقوم معظم الشبكات المحلية بتوصيل أجهزة الكمبيوتر الموجودة على مسافة لا تزيد عن 600 متر عن بعضها البعض، وتحتاج الشبكات المحلية إلى قنوات اتصال خاصة بها (يتم استخدام الزوج الملتوي أو الكابل المحوري في أغلب الأحيان). لقد وجدت الشبكات المحلية تطبيقًا واسعًا في مجال الأعمال. فهي تمكن المؤسسات من تنفيذ التطبيقات التي تعمل على تحسين الإنتاجية وكفاءة الإدارة بشكل كبير. تشمل هذه التطبيقات، في المقام الأول، جميع أنواع البريد الإلكتروني (البريد العادي، والنصي، والبريد الصوتي والفيديو)، ومؤتمرات التلفزيون والفيديو، وتقنيات الإنترنت. من الصعب اليوم تخيل مكتب غير مجهز بشبكة محلية. تسمح شبكات المنطقة المحلية للمؤسسات بمشاركة البرامج والأجهزة باهظة الثمن. على سبيل المثال، يمكن لمستخدمي العديد من أجهزة الكمبيوتر المتصلة بشبكة محلية مشاركة طابعة ليزر أو طابعة نفث الحبر متصلة بالشبكة. تُستخدم الشبكات للعمل مع تطبيقات التخطيط الجماعي، وكذلك لتنظيم الحوسبة الموزعة.

بدون الشبكات، سيكون من المستحيل على المؤسسات مشاركة الوصول إلى الإنترنت. عادةً، يكون لدى المؤسسات جهاز كمبيوتر واحد فقط متصل مباشرةً بموفر خدمة الإنترنت (ISP). لكي يتمكن مستخدمو أجهزة الكمبيوتر الأخرى من العمل مع شبكة الويب العالمية، يتم تثبيت برنامج خاص على الكمبيوتر الذي يعمل كبوابة، والتي تقدم طلبات إلى الإنترنت نيابة عن المستخدمين. يستخدم موظفو شركة ميشلان في ميلانو الشبكة المحلية بشكل رئيسي لتبادل البريد الإلكتروني، وكذلك للمعالجة المشتركة للمعلومات النصية والرسومية. يقوم نظام الكابل، المبني على كابل UTP5، بتوصيل عدة محاور يتصل بها أكثر من 200 جهاز كمبيوتر. تستخدم الشبكة خوادم Compaq ProLiant المزودة بمعالجات قوية ومحركات أقراص ثابتة كبيرة الحجم، بالإضافة إلى محطات عمل Olivetti وأجهزة الكمبيوتر الشخصية. يحتوي كل مكتب على طابعة ليزر شبكية. في الليل، عندما لا يكون هناك موظفون في المبنى، يتم نسخ جميع المعلومات الهامة بواسطة نظام نسخ احتياطي مجهز بأحد الخوادم - وهذا يقلل من خطر فقدان البيانات الحيوية. يرتبط فرع شركة ميشلان في ميلانو بالكامل بالإنترنت من خلال أحد أجهزة الكمبيوتر، والذي يعمل كبوابة بين الشبكة المحلية للشركة وقناة اتصال الألياف الضوئية مع مزود خدمة الإنترنت. بفضل الاتصال المستمر بالإنترنت، يستطيع فرع شركة ميشلان في ميلانو في أي وقت إنشاء اتصال بالحاسوب الرئيسي الموجود في المقر الرئيسي لشركة ميشلان في تورينو.

4. طبولوجيا شبكة الكمبيوتر.

طوبولوجيا النجوم.

يأتي مفهوم طوبولوجيا الشبكة النجمية من مجال أجهزة الكمبيوتر المركزية، حيث يتلقى الجهاز الرئيسي ويعالج جميع البيانات من الأجهزة الطرفية باعتبارها عقدة المعالجة النشطة. ويستخدم هذا المبدأ في أنظمة اتصالات البيانات، مثل البريد الإلكتروني RELCOM. تمر جميع المعلومات بين محطتي عمل طرفيتين عبر العقدة المركزية لشبكة الكمبيوتر.

يتم تحديد إنتاجية الشبكة من خلال قوة الحوسبة للعقدة ويتم ضمانها لكل محطة عمل. لا توجد تضارب البيانات.

تعتبر طوبولوجيا النجمة هي الأكثر موثوقية بين جميع طوبولوجيا شبكات الكمبيوتر لأن نقل البيانات بين محطات العمل يمر عبر عقدة مركزية (إذا كان أداؤها جيدًا) عبر خطوط منفصلة تستخدمها محطات العمل هذه فقط.

طوبولوجيا الحلقة.

مع طوبولوجيا الشبكة الحلقية، ترتبط محطات العمل ببعضها البعض في دائرة، أي. محطة العمل 1 مع محطة العمل 2، محطة العمل 3 مع محطة العمل

4، الخ. محطة العمل الأخيرة متصلة بالأولى. رابط الاتصال مغلق في حلقة.

يمكن أن يكون مد الكابلات من محطة عمل إلى أخرى أمرًا معقدًا ومكلفًا للغاية، خاصة إذا كانت محطات العمل تقع جغرافيًا بعيدًا عن الحلقة (على سبيل المثال، في خط).

المشكلة الرئيسية في الهيكل الحلقي هي أن كل محطة عمل يجب أن تشارك بنشاط في نقل المعلومات، وإذا فشلت واحدة منها على الأقل، فستصاب الشبكة بأكملها بالشلل.

شكل خاص من طوبولوجيا الحلقة هو شبكة حلقة منطقية. ماديًا، تم تركيبه كوصلة لطوبولوجيات النجوم.

طوبولوجيا الحافلة.

مع طوبولوجيا الناقل، يتم تمثيل وسيلة نقل المعلومات في شكل مسار اتصال يمكن الوصول إليه لجميع محطات العمل، والتي يجب أن تكون جميعها متصلة به. يمكن لجميع محطات العمل الاتصال مباشرة بأي محطة عمل على الشبكة.

يمكن توصيل محطات العمل أو فصلها عنها في أي وقت، دون مقاطعة تشغيل شبكة الكمبيوتر بالكامل. لا يعتمد أداء شبكة الكمبيوتر على حالة محطة العمل الفردية.

في المواقف القياسية، غالبًا ما تستخدم شبكة ناقل Ethernet كبلًا رفيعًا أو كبل Cheapernet مزودًا بموصل T. يتطلب إيقاف التشغيل وخاصة الاتصال بمثل هذه الشبكة استراحة للحافلة، مما يعطل التدفق المتداول للمعلومات ويؤدي إلى تجميد النظام.

هيكل شجرة الشبكة المحلية.

إلى جانب الطبولوجيا المعروفة لشبكات الكمبيوتر: الحلقة والنجمة والحافلة، يتم أيضًا استخدام بنية مشتركة، على سبيل المثال بنية الشجرة، في الممارسة العملية. يتم تشكيلها بشكل أساسي في شكل مجموعات من طبولوجيا شبكة الكمبيوتر المذكورة أعلاه. تقع قاعدة شجرة شبكة الكمبيوتر عند النقطة (الجذر) التي يتم عندها جمع خطوط اتصال المعلومات (فروع الشجرة).

تُستخدم شبكات الكمبيوتر ذات البنية الشجرية عندما لا يكون التطبيق المباشر لهياكل الشبكة الأساسية في شكلها النقي ممكنًا. لتوصيل عدد كبير من محطات العمل، يتم استخدام مكبرات الصوت أو المحولات الخاصة بالشبكة وفقًا للوحات المحولات. يسمى المحول الذي يحتوي على وظائف مكبر الصوت في نفس الوقت بالمحور النشط.

5. المودم

لتوصيل أجهزة الكمبيوتر البعيدة مع بعضها البعض، يتم استخدام شبكات الهاتف العادية بشكل أساسي، والتي تغطي مناطق أكثر أو أقل اتساعًا في معظم الولايات - PSTN (الهاتف العام القابل للتحويل

شبكة). المشكلة الوحيدة في هذه الحالة هي تحويل الإشارات الرقمية (المنفصلة) التي يعمل عليها الكمبيوتر إلى إشارات تناظرية (مستمرة).

تم تصميم الأجهزة التي تسمى أجهزة المودم لحل هذه المشكلة.

المودم هو جهاز طرفي مصمم لتبادل المعلومات مع أجهزة الكمبيوتر الأخرى عبر شبكة الهاتف. وفقًا لمصطلحات GOST، يطلق عليها اسم UPS (أجهزة تحويل الإشارة). في الواقع، يتكون المودم من عقدتين - المغير ومزيل التشكيل؛ يقوم بتعديل وإزالة تشكيل إشارات المعلومات. في الواقع، كلمة "مودم" هي اختصار لاثنين آخرين:

المغير / المستخلص.

بمعنى آخر، يقوم مُعدِّل المودم بتحويل تدفق البتات من الكمبيوتر إلى إشارات تناظرية مناسبة للإرسال عبر قناة الاتصال الهاتفي؛ يقوم مزيل تشكيل المودم بالمهمة المعاكسة - فهو يحول إشارات التردد الصوتي إلى شكل رقمي بحيث يمكن للكمبيوتر إدراكها. وبالتالي، يتم تحويل البيانات المراد إرسالها إلى إشارة تناظرية بواسطة مُعدِّل المودم<передающего>حاسوب. المودم المستقبل الموجود على الطرف المقابل من الخط<слушает>الإشارة المرسلة وتحويلها مرة أخرى إلى رقمية باستخدام مزيل التشكيل.

لذلك، المودم هو جهاز قادر على إرسال واستقبال البيانات.

نظرا لأن خطوط الهاتف تستخدم كوسيلة لنقل البيانات، فمن الممكن التواصل مع أي نقطة في العالم.

يتم تصنيع أجهزة المودم الحديثة على أساس LSIs المتخصصة (الدوائر المتكاملة واسعة النطاق) التي تؤدي جميع وظائف المودم تقريبًا. وهذا يضمن أبعادًا صغيرة وموثوقية عالية وسهولة استخدام أجهزة المودم.

في السنوات الأخيرة، تم استخدام أجهزة المودم على نطاق واسع بسرعات نقل تبلغ 2400 و9600 و14400 بت في الثانية، بينما تسمح هذه الأنواع من أجهزة المودم بالإرسال بسرعات أقل (1200، 4800، 7200، 12000 بت في الثانية)، بالإضافة إلى التفاعل مع الجزء الأكبر من أجهزة المودم من سنوات الإنتاج السابقة.

حاليًا، تتضمن المهام التي يؤديها المودم وظائف الحماية من الأخطاء أثناء النقل ووظيفة ضغط البيانات، مما أدى إلى زيادة موثوقية وسرعة نقل المعلومات بشكل جذري. بفضل ضغط البيانات، يمكن زيادة سرعة النقل الفعلية للمعلومات الرقمية باستخدام أجهزة المودم إلى 40-60 كيلوبت في الثانية.

في الآونة الأخيرة، أصبحت أجهزة المودم جزءا لا يتجزأ من جهاز الكمبيوتر.

من خلال تثبيت مودم على جهاز الكمبيوتر الخاص بك، فإنك تفتح بالفعل عالمًا جديدًا لنفسك. يتحول جهاز الكمبيوتر الخاص بك من جهاز كمبيوتر مستقل إلى شبكة عالمية.

قائمة الأدب المستخدم.

1. سوخمان إس إم، بيرنوف إيه في، شيفكوبلياس بي في مكونات أنظمة الاتصالات. تحليل الحلول الهندسية. – م: MIET، 2002. – 220 ص.

2. الصحافة الكمبيوتر. – 1998 - رقم 8

3. الصحافة الكمبيوتر. – 1999 - رقم 1

4. موقع الإنترنت: www.iXBT.ru. الرابط هو "الاتصالات".