4. Методы множественного доступа в ссс

Один из основных вопросов построения телекоммуникационных сетей доступ множества абонентских (терминальных) устройств к общему коммуникационно­му ресурсу, в случае ССС — к транспондерам. Существует несколько методов мультиплексирования каналов.

Исторически первый метод мультиплексировании — это частотное разделе­ние каналов (FDM), в том числе дуплексных (FD). Самая простая его разно­видность — фиксированное назначение диапазона каждой станции (FAMA — fixed-assignment, multiple access). Каждому каналу присваивается свой фикси­рованный диапазон (своя несущая). В результате для того, чтобы установить дуплексное соединение между двумя станциями, необходимо задействовать че­тыре частотных канала (т.е. два транспондера). Данный механизм существенно упрощает бортовую аппаратуру КА, ретранслятор работает в режиме повторите­ля. Однако его ресурс расходуется достаточно неэффективно, фактически число возможных соединений точка-точка между наземными станциями равно числу транспондеров у КА. Типичный пример — ССС, работающие в С-диапазоне (подавляющее большинство стволов отечественных геостационарных ССС). Шири­на полосы восходящего/нисходящего канала при этом 500 МГц. Как правило, КА поддерживает 12 трап спондеев, ширина канат каждого 36 МГц (плюс защитный интервал 4 МГц между каналами и по К) МГц на краях диапазона 500 МГц). Число каналов можно удвоить, используя ортогональную поляриза­цию сигнала: 12 нечетных транспондеров работают с вертикальной поляризацией антенн, 12 четных - с горизонтальной. При этом центральная несущая верти­кально поляризованных каналов смещена на 20 МГц относительно горизонтально поляризованных. Метод FDM/FD/FAMA хотя и наиболее простой в реализации, но и наиболее неэффективный, особенно когда увеличивается число наземных терминалов.

Дальнейшим развитием множественного доступа с частотным разделением каналов (FDMA) стал метод SCPC (single channel per carrier) — один канал на несущую. Речь идет и данном случае о телефонном канале шириной 4 кГц. Суть eго в том, что весь частотный диапазон делится, например, на субканалы 4 кГц, каждый со своей независимо модулируемой несущей. Распределение подкана­лов между станциями происходит на основе метода DAMA (demand-assignment, multiple access) - множественный доступ с назначением канала по запросу. Это означает, что перед началом трансляции каждая станция сообщает центральной (управляющей), что она хочет установить соединение с другой станцией. Для служебных сообщений выделяется специальный сигнальный канал, с помощью которого происходит распределение подканалов между станциями, так, чтобы не было двух станций, одновременно работающих в одном частотном подканале. Скорость передачи данных в каждом подканале зависит от его ширимы, меха­низма кодирования и вида модуляция. Впервые механизм FDMA/DAMA был реализован компанией Comsat в спутниках Intelsat серий IV А и V. В этой си­стеме в сигнальном канале обмен происходит о режиме доступа с разделением времени (ТРМ). Информация передается в циклически повторяющихся кадрах длительностью 50 мс. Кадр разбит на 50 тайм-слотов по 1 мс. Каждый тайм-слот закреплен за определенной наземной станцией (в системе Intelsat их не более 50). В течение тайм-слота наземная станция может передать на частоте служебного канала 128 бит - запросы на предоставление голосового канала или сообщение об освобождении канала.

Исторически следующим после PDMA стали использовать механизм множе­ственного доступа с разделением каналов по времени (TDMA - time-division multiple access). Принцип его прост: вся передача происходит в циклически по­вторяющихся кадрах (фреймах), разделенных на интервалы (тайм-слоты) равной длительности. Каждому передатчику назначается (непостоянной или временной основе) определенный тайм-слот. Основная проблема при этом - не потерять каленую синхронизацию, для чего в начале каждого кадра передается определенная синхропоследовательность. В свое время Европейская конференция по­чтовых и телекоммуникационных ведомств СЕРТ приняла как стандарт структу­ру базового TDMA-кадра для передачи голосовой информации. Предполагается, что после оцифровки и кодирования поток голосовых данных в каждом канале представляет последовательность 8-разрядных выборок с частотой 16 кГц. Один TDMA-кадр обслуживает 16 независимых голосовых каналов. Выборки каждого их них (по 8 бит) последовательно формируют подкадр из 128 бит. Скорость пе­редачи (с учетом частоты выборок 16 кГц) 2,048 Мбит/с. 32 последовательных подкадра образуют кадр длительностью 2 мс. Это означает, что каждая назем­ная станция может передавать данные в одном голосовом канале порциями по 32 8-разрядные выборки каждые 2 мс. Отметим, что реальное время передачи базового ТОМА кадра в 59 раз меньше (33,9 мкс) — скорость передачи наземной станцией базового TDMA-кадра СЕРТ составляет 120,832 Мбит/с.

Достоинство технологии TDMA перед FDMA прежде всего в том, ЧТО в транс-пондере все время присутствует одна модулированная несущая, т.е. существенно снижаются межканальные интермодуляционные помехи. Упрощается и анало­говая часть аппаратуры (нет необходимости отдельно обрабатывать множество частотных каналов). Технология TDMA гораздо лучше подходит для множе­ственного доступа при передаче цифровых данных.

Более универсальным и перспективным методом множественного доступа яв­ляется технология кодового разделения каналов (CDMA). Основные ее досто­инства: невысокая пиковая мощность сигнала, гибкость перестройки каналов н выбора полосы канала, простота перехода с канала на канал, возможность работы нескольких станций в одном частотном диапазоне. Метод этот относительно недавно нашел применение в ССС (впервые — в системе Omnitxacs). Характерные примеры использующих ею систем - ССС Globalstar и Ellipsо. Отметим, однако, что именно на CDMA (в различных вариациях этой технологии) основываются многие проекты перспективных ССС.

Еще один перспективный метод множественного доступа — мультиплексиро­вание посредством ортогональных несущих (OFDM). Он требует относительно сложных средств цифровой обработки сигнала, поэтому до определенного мо­мента и не получил должного распространения. Однако именно на основе данной технологии построен стандарт цифрового телевизионного вещания DVB, в том числе и его спутниковый вариант DVB-S.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В последнее десятилетие XX века беспроводные цифровые коммуникации всту­пили в фазу бурного развития, которая продолжается и в настоящее время. Толч­ком к этому послужило, с одной стороны, начавшееся интенсивное развитие гло­бальной сети Интернет, с другой — внедрение новых, прогрессивных методов кодирования, модуляции и передачи информации. В настоящее время очевидно, что беспроводные широкополосные сети практически находятся вне конкурен­ции по оперативности развертывания, мобильности, цене и широте возможных приложений, во многих случаях представляя собой единственное экономически оправданное решение.

Для стран, в которых большая территория сочетается с невысокой плотно­стью населения, широкополосные беспроводные решения имеют особое значение, так как позволяют экономично и оперативно создавать телекоммуникационную инфраструктуру на обширных территориях. Особенно важно это для информа­тизации удаленных и сельских регионов Российской Федерации и решения одной из важнейших проблем информационной безопасности России — проблемы «ин­формационного неравенства» российских регионов. Поэтому разработка теории в области передачи информации весьма актуальна.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Адрианов, В. И. Средства мобильной связи [Текст] / В. И. Адрианов, А.В. Соколов – СПб.: BVH – Санкт-Петербург, 1998. – 256 c.

2. Бобков, В. Ю. Системы связи с кодовым разделением каналов [Текст] / В. Ю. Бобков, М. А. Вознюк, А. Н. Никитин, М. А. Сиверс – СПб.: СПбГУТ, 1999. – 120 с.

3. Громаков, Ю. А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи [Текст] / Ю. А. Громаков – М.: Эко-Трендз., 1997. – 238 с.

4. Горностаев, Ю. М. Новые стандарты широкополосной радиосвязи на базе технологий W-CDMA [Текст] / Ю. М. Горностаев, Л. М. Невдяев – М.: Межд. центр НТИ, 1999. – 166 с.

5. Васин, В. А. Радиосистемы передачи информации [Текст] : Учебное пособие для вузов / В.А. Васин, В.В. Калмыков, Ю.Н. Себекин, А.И. Сенин, И.Б. Федоров; под ред. И.Б. Федорова и В.В. Калмыкова. – М.: Горячая линия – Телеком, 2005. – 472 c.

6. Гаранин, М. В. Системы и сети передачи информации [Текст] : Учеб. пособие для вузов / М. В. Гаранин, В. И. Журавлев, С. В. Кунегин. – М.: Радио и связь, 2001. – 336 с.

7. Вишневский, В. М. Широкополосные беспроводные сети передачи информации [Текст] / В. М. Вишневский, А. И. Ляхов, С. Л. Портной, И. В. Шахнович. – Москва: Техносфера, 2005 – 592 с.

8. Игнатов, В. А. Теория информации и передачи сигналов [Текст] : Учебник для вузов. / В. А. Игнатов – М.: Сов. радио, 1979. – 280 с.

9. Кудряшов, В. А. Системы передачи дискретной информации [Текст] : Учебник для техникумов и колледжей ж.-д. тр-та / В. А. Кудряшов, В. П. Глушко – М.: УМК МПС, 2002. – 384 c.

10. Булгак, В. Б. Концепция развития связи Российской Федерации [Текст] / В. Б. Булгак, Л.Е. Варакин, Ю.К. Ивашкевич и др.; под ред. В.Б. Булгака, Л.Е. Варакина. – М.: Радио и связь, 1995. – 224 с.

11. Невдяев, Л. М. Мобильная спутниковая связь [Текст] : Справочник. / Л. М. Невдяев – М.: МЦНТИ, 1998. – 155 с.

12. Ратынский, М. В. Основы сотовой связи [Текст] / М. В. Ратынский; под ред. Д.Б. Зимина. – М.: Радио и связь, 1998. – 248 с.

13. Соловьев, А. А. Техническая энциклопедия пейджинговой связи [Текст] / А. А. Соловьев, С. И. Смирнов. – М.: Эко-Трендз, 1998. – 169 с.

14. Вузов, А. Л. Антенно-фидерные устройства систем сухопутной подвижной радиосвязи [Текст] / А. Л. Вузов, Л.С Казанский, В.А. Романов, Ю.М. Сподобаев; под ред. А.Л. Бузова. – М.: Радио и связь, 1997. – 150 с.

15. Кантор, Л. Я. Спутниковая связь и проблема геостационарной орбиты [Текст] / Л. Я. Кантор, В. В. Тимофеев. – М.: Радио и связь, 1988. – 167 с.

16. Мирошников, Д. Г. Решения беспроводного доступа [Текст] / Д. Г. Мирошников – М.: ООО «Мобильные коммуникации», 1999. – 60 с.

17. Борисов, В. А. Радиотехнические системы передачи информации [Текст] : учеб. пособие для вузов. / В. А. Борисов и др.; под ред. В.В. Калмыкова. – М.: Радио и связь, 1990. – 302 с.

18. Иванов, В. И. Цифровые и аналоговые системы передачи [Текст] : учеб. для вузов / В. И. Иванов, В.Н. Гордиенко, Г. Н. Попов и др.; под ред. В.И. Иванова. – M.: Радио и связь, 1995. – 232 с.

19. Баева, Н. Н. Многоканальные системы передачи [Текст] : учеб. для вузов / Н. Н. Баева, В. Н. Гордиенко, С. А. Курицын и др; под ред. Н. Н. Баева, В. Н. Гордиенко. – М.: Радио и связь, 1997. – 560 с.