Организация множественного доступа в ССМС.

Принципы множественного доступа к среде передачи в сетях радиосвязи упоминались в 1.2. Эти принципы используются и в стандартах мобильной радиосвязи.

Множественный доступ с частотным разделением каналов - FDMA строится таким образом, что каждому абоненту на время сеанса связи выделяется частотный канал с полосой Δf_p , не совпадающий ни с одним из каналов, уже предоставленным активным абонентам. При этом спектры канальных сигналов не пересекаются (рисунок 2.41,а). Прямоугольник со сторонами Δf_p и Т_р на рисунке 2.41,б характеризует общий частотно-временной ресурс системы.

Общий ресурс «нарезается» на К (по числу абонентов) горизонтальных полосок, занимающих каждая весь доступный временной ресурс и только К-ую часть частотного.

   С целью снижения уровня взаимных помех вводятся защитные интервалы между частотными каналами, что, однако, приводит к уменьшению полосы частот, используемой для связи, т.е. к снижению эффективности исполь- зования спектра.

Если положить Δf_а = 1/ Т_б = R_t , где Т_б – длительность одного бита передаваемой информации, а R_t – скорость передачи информации, то возможное число каналов связи для FDMA-систем определяется соотношением:

 

Рисунок 2.41  Спектры канальных сигналов (а) и распределение частот-

                    но-временного ресурса между абонентами при FDMA.

 

Метод FDMA используется во всех аналоговых ССМС первого поколения, причем ширина полосы абонентского канала для них составляет Δf_а = 10 ÷ 30 кГц.

Множественный доступ с временным разделением каналов TDMA заключается в том, что каждому абоненту системы на время сеанса связи выделяется временной интервал Т_а (временной канал) в пределах общего временного ресурса системы Т_р (цикла или кадра системы), не совпадающий ни с одним из интервалов, уже предоставленных другим активным элементам. Тем самым каждый канальный сигнал размещается в своем индивидуальном окне (слоте) без перекрытия с другими (рисунок 2.42,а). Вместе с тем, спектры сигналов абонентов могут занимать всю выделенную системе полосу частот Δf_p и полностью перекрываться. Иллюстрацией подобного ресурсного распределения служит рисунок 2.42,б, из которого видно, что суммарный частотно-временной ресурс «нарезан» в виде К вертикальных полос, каждая из которых занимает весь доступный частотный диапазон и лишь К-ую часть отведенного времени.

Уменьшение межканальных помех обеспечивается введением защитных временных интервалов, что, в свою очередь, приводит к снижению скорости передачи.

Возможное число TDMA каналов можно определить следующим образом. При скорости передачи информации по одному каналу R_t за время одного цикла работы системы может быть передано R_t ∙Т_р бит информации. Тогда общее количество информации, переданной во всех абонентских каналах, составит величину К∙ R_t ∙Т_р, где К = Т_р/ Т_а. Отсюда длительность одного бита информации определяется как:

 

Рисунок 2.42  Расположение канальных сигналов во времени (а), распре

                   деление частотно-временного ресурса между абонентами

                   (б) и комбинация частотного и временного разделения

                    FDMA/TDMA (в).

 

Так что К = Δf_p/ R_t, что полностью совпадает с числом каналов с FDMA.

В некоторых стандартах ССМС находит применение комбинация частотного и временного разделения каналов  FDMF/ TDMA, в рамках которой каждый частотный канал разбивается на временные слоты. При этом каждому абонентскому каналу выделяется лишь часть и частотного и временного ресурсов (рисунок 2.42,в). Как видно из рисунка, суммарный системный ресурс «нарезается»  не на полоски, а на прямоугольники, оба размера которых меньше максимально возможных. Поэтому теоретического выигрыша это сочетание не дает.

Множественный доступ с кодовым разделением каналов – CDMA  использует широкополосную идеологию построения передачи информации, предусматривающую многократное расширение спектра передаваемого сообщения по сравнению с той, которая характерна для традиционных узкополосных систем.   

Искусственное расширение спектра в подобных системах, как правило, реализуется одним из двух основных способов:

- прямое расширение;

- скачкообразное изменение несущей частоты.       

Рисунок 2.43  Кодовое разделение методом прямого расширения спектра

 

В первом варианте информационное сообщение манипулирует псевдослучайную последовательность (ПСП), состоящую из элементов (чипов) длительности Т_с, причем длительность чипа многократно меньше длительности Т_б передаваемого информационного бита или символа: Т_б = NT_c, N » 1.

Величина N непосредственно характеризует степень расширения спектра по сравнению с шириной спектра первичного сообщения и потому называется коэффициентом расширения спектра.

Манипуляция ПСП с(t) передаваемым потоком данных D(t) обычно реализуется их простым перемножением (рисунок 2.43,а). Диаграммы, приведенные на рисунке 2.43,б-г, иллюстрируют содержание процедуры прямого расширения  двоичной передачи и бинарной ПСП.

При использовании второго способа расширения спектра каждый символ информационного сообщения передается набором дискретных частот (многочастотная модуляция), задаваемым определенной последовательностью.

В существующих и разрабатываемых стандартах ССМС преимущественно применяется прямое расширение спектра, реализуемое либо в синхронном, либо в асинхронном варианте.

В широкополосных системах передачи используются корреляционные способы передачи информации с известным ансамблем ПСП на приемной стороне, это относится и к случаю CDMA.  

Сравнительный анализ методов множественного доступа, проведенный в [4] показывает, что CDMA по сравнению с FDMA и TDMA  обладает почти двукратным выигрышем по количеству предоставляемых каналов связи.