Кўп томонлама уланиш технологиялари 5-маъруза

Каналлар вақт бўйича ажратиладиган кўп томонлама уланиш (КВАКТУ) анъанавий тушунишда шундан иборатки, тизимнинг ҳар бир абонентига алоқа сеанси вақтида олдин актив абонентларга тақдим этилган интерваллардан ҳеч бири билан мос тушмайдиган, тизимнинг умумий Т_р вақт ресурслари (тизимнинг Тi цикли ёки кадри) чегараларида Т₀ вақт интервали (ёки Т_к вақт канали) ажратилади. Бу билан ҳар бир каналлар сигнали бошқалари қопламасдан, ўз индивидуал ойнасида (сўзида) жойлашади (5.3а-расм).

5.3-расм. Каналлар сигналларининг вақт бўйича жойлашиши (а), абонентлар орасида частота-вақт ресурсларини тақсимланиши (в) ва КЧАКТУ/КВАКТУ частота ва вақт бўйича ажратиш комбинацияси (г)

Шу билан бирга, абонентлар сигналлари спектри тизимга ажратилган бутун Δf_р частоталар полосасини эгаллаши ва тўлиқ қопланиши мумкин. Бундай ресурсларни тақсимланишини кўрсатилишига 5.3в-расм хизмат қилади, ундан кўриниб турибдики, йиғинди частота-вақт ресурси к вертикал полосалар кўринишида “қирқилган” бўлиб, улардан ҳар бири бутун мумкин бўлган частотлар диапазонини ва жратилган вақтнинг фақат к –нчи қисмини (Тк ) эгаллайди.

Ҳар бир абонент трактга даврий равишда Т_i даврда уланади ва гуруҳли трактга ўз каналлар сигналини (КС) жўнатади. КСнинг давомийлиги Т_к < Т_i бўлиши керак. N абонентларда Т_к ≤ Т_i/N ва N қанчалик катта бўлса КС шунчалик кичик (қисқа) бўлиши керак.
Қабуллашда ажратилганидан кейин ҳар бир КС бўйича дастлабки маълумот қайта тикланади, яъни интерполяциялаш амалга оширилади.
Натижадан каналлар вақт бўйича ажратиладиган (КВА) тизимларда Т_iга тенг циклларли узатиш амалга оширилади. Бинобарин, синхрон коммутациялаш учун циклда цикл сигнали узатилади. Бундан ташқари, циклда КС хизмат маълумотларини узатиш учун вақт ажратилади, у ҳолда битта Т_к канали учун ажратиладиган вақт қуйидагига тенг бўлади:

Одатда Т_к=Т_ус=Т_сс, демак (5.4-расм):

5.4-расм. КВАдаги узатиш цикли

КС иккилик жўнатиш рқали узатилади ва τ_и=τ_ҳим, у ҳолда 5.5-расм:

5.5-расм. КВАда каналлар импульсларини узатиш

Кснинг шакли турлича бўлиши мумкин, кўпинча қўнғироқсимон импульслар қўлланилади, чунки уларни шакллантириш осон бўлади. Шундай қилиб, FDMAдан асосий фарқланиш – синхронлаштиришг зарурати вужудга келади.
Идеал ҳолда каналлар сигналларнинг вақт бўйича мос тушмаслигини уларнинг ортогоналлиги таъминлайди, демак уларнинг бир-бирларига таъсирини олдини олади. Реал ҳолда тизимнинг полосасини чекланганлиги туфайли олдинги каналлардан кейинги каналларни пайдо бўлшини бошланишига сигналлардан ўтиш жараёнлари тугалланмаслиги ва охиргилари билан қўшилиб бориши билан кесишма (каналлараро) ҳалақитларни ҳосил қилиши мумкин. Қўшни каналларнинг таъсирини, яъни каналлараро ҳалақитлар сатҳини камайтиришга ҳимоя вақт интервалларини киртиш йўли билан эришилади, бу ўз навбатида, маълумотларни узатилиши мумкин бўлган дипазоннинг камайишига, яъни узатиш тезлигини ҳақиқий камайишига олиб келади.
Сотали алоқа тизимларида самарадорликни ошириш мақсадларида топ полосали TDMA (NB TDMA ёки MC/TDMA) – бирлаштирилган FDMA ва TDMA ишлатилади. Бунда ажратилган частоталар диапазони FDMAдаги каби ташувчилар алоҳида полосаларга бўлинади. Ҳар бир частоталар полосаларида эса абонентларни вақт бўйича ажратиш амалга оширилади. Бу усул рақамли тизимларда (GSM, D-AMPS) қўлланилади. 5.6-расмда ажратилган диапазонни 4 та нимташувчиларга ҳар бир полосалар чагараларида максимум 4 та абонентларга бир вақтда алоқа тақдим этиладиган ажратиш келтирилган. Шундай қилиб, тор полосали TDMA усулини ишлатиш билан ўша бир частоталар дипазонида FDMAдагига қараганда 4 мартта кўп абонентлар ишлаши мумкин. Ва шунинг учун TDMAни ишлатадиган тармоқларнинг сиғими FDMAга қараганда 3-6 марттага ортиқ бўлади.
.

5.6-расм. Ажратилган частоталар дипазонини бўлиш

TDMAнинг камчиликларига синхронлаштиришнинг узилишига сезгирликни киритиш мумкин. Синхронлаштиришга эга бўлмаган аналог стандартларда амалда сотанинг радиуси 35-40 кмни ташкил этади, бунда радиоалоқанинг “қаттиқ бақирса узоққа эшитилади” принципига мувофиқ, яъни узаткичнинг чиқиш қувватини оширилиши билан уни 60 кмгача ёки ҳатто 80 кмгача (назарий) ошириш мумкин. Рақамли стандартларда эса камида TDMA технологиясида амалга оширилган абсолют кечикиш вақтини компенсациялаш тизими 250 мксгача интервалда тшлай олади, бу сотанинг 35 км максимал радиусига мос келади.
ККАКТУ каналлар код бўйича ажратиладиган кўп томонлама уланиш (CDMA – Code Division Multiple Access). Унинг асосида анъанавий тор полосали тизимлардагига қараганда узатиладиган хабарнинг полосасини тушунарли ва кўп марттали кенгайтирилишини кўзда тутадиган маълумотларни узатиш тизимини кенг полосали қуриш (spread spectrum) ғоясига йўналиш ётади.
Бу усулнинг назарияси 1935 йилдаёқ ишлаб чиқилган, лекин амалий ишлатилишни FDMA ва TDMAлардан сезиларли кейин олди. У ишлатилганида барча абонентдар орқали доимо тизимга алоқа учун ажратилган бутун мумкин бўлган диапзоннинг кенглиги ишлатилади. Бу технологиянинг асоси трафик каналларини Уолш функциялари орқали ортогонал бўлиш ҳисобланади. Улар фақат 64 та аниқланган. Шундай қилиб, назарий жиҳатдан битта базавий станция 64 та абонентларга ишлашини ташкил этиш уммкин. Лекин ҳлақитларнинг таъсири, шунингдек «soft handover»- соталар орасида “юмшоқ” қайта уланиш зарурати (умуман CDMA усулининг авзалликларидан бири ҳисобланадиган) туфайли амалда қайд этилган алоқа учун 45 тагача, ҳаракатдаги алоқа учун 25 тагача ишлатилади.
CDMAни ишлатадиган алоқа тизимлари TDMA ишлатилгандаги каби синхронлаштиришни талаб қилади. Лекин бу ерда синхронлаштириш бўғини сифатида Глобал Позициялаш Тизими (GPS) қатнашади. CDMA принциплари асосида қурилган алоқа тизимларининг авзаллиги бошқа усулларни ишлатишда самарали ишлаш учун зарур бўладиган частотавий режалаштиришнинг йўқлиги ҳисобланади. Бундан ташқари, сигнал/шовқин нисбати (идеал ҳолда 3-5 дБ) паст ва CDMA принципининг ишлатилишини ўзи (шовқинсифат сигналларнинг ишлатилиши) бошқа сатндартларга қараганда узатикичларнинг 2-3 тартибга кам нурлантириш қувватиларини ишлатишга имкон беради, бунда у атиги 10 мВт ва ундан пастни ташкил этади. TDMAдан фарқли равишда CDMA асосидаги тизимларнинг хизмат кўрсатиш зонаси асосан абонентлар станцияларининг қувватига боғлиқ бўлади. Бу технология асосидаги тармоқнинг сиғими TDMAдагига қараганда ўртача 5 мартта ва FDMAдагига қараганда эса 10 мартта ортиқ. Бунда уни қуриш учун ўша қамраб олишдаги TDMA технологияси асосидаги тармоққа қараганда тахминан 40% базавий станциялар сони зарур бўлади.
CDMA усулининг ишлатилиши бирламчи сигнал (абонентнинг овози) базасини сезиларли сунъий кенгайтиришдан иборат, у қуйидаги иккита асосий усулларда амалга оширилади:
• тўғри кенгайтириш - direct sequence spread spectrum (DSSS);
• ташувчи частотани сакрашсимон ўзгартириш - frequency hop spread
spectrum (FHSS).
Биринчи вариантда ахборот хабари Т давомийликдаги элементлардан (чиплардан) ташкил топган псевдо-тасодифий кетма-кетликни (ПТКК) манипуляциялайди, бинобарин, чипларнинг давомийлиги узатиладиган ахборот бити ёки символининг Т давомийлигидан кўп марттага (N марттага) кичик бўлади.
N қиймат тўғридан-тўғри бирламчи хабарнинг полосасига қараганда полосанинг кенгайтирилиши даражасини характерлайди ва шунинг учун спектрни кенгайтириш коэффициенти дейилади (инглиз тилидаги матнларда spreading factor ёки processing gain).
Айтиб ўтилган узатиладиган D(t) оқим билан c(t) ПТКК манипуляциялаш одатда оддий кўпайтириш орқали амалга оширилади (5.7а-расм).
5.7б – г-расмлардаги диаграммалар иккилик узатиш ва бинар ПКТТ мисоли учун тўғри кенгайтириш процедурасининг таркибини кўрсатади.
5.7в-расмда даврий бинар ПТКК тасвирланган бўлиб, унинг N = 8 чиплардан иборат даври битта хабар жўнатмаси давомийлигига мос келади (умумий ҳолда ПТКК даври ихтиёрий, хусусан, ахборот жўнатмасининг давомийлигидан сезиларли катта бўлиши мумкин, бунинг устига ПТКК умуман апериодик бўлиши мумкин). Тўғри кенгайтириш натижаси, агар ахборот жўнатмаси нолинчи битни ташиса (5.7б-расмдаги D(t) мусбат қутб) равшан бўлади (5.7г-расм), қайта кўпайтиргич чиқишидаги ПТККнинг бошланғич версияси бўлади. Жўнатма орқали жорий битнинг 1 қиймати узатилганида ПТККнинг қутблилиги қарама-қаршисига ўзгаради. Қайта кўпайтиргичдан кейин сигнал стандарт ташувчи модуляторига (БФМ, КФМ ва ҳ.к.) берилади.

5.7-расм. Иккилик узатиш ва бинар ПКТТ учун спектрни тўғри кенгайтириш процедураси

Кўриш мумкинки, спектрни тўғри кенгайтириш процедураси узатиладиган битнинг 0 ва 1 қийматларига жавоб берадиган қарама-қарши сигналларни қолдириш билан иккилик узатишнинг гаусс каналидаги ҳалақитбардошлигини ёмонлаштирмайди.

Спектрни кенгайтиришнинг иккинчи усули ишлатилганида ахборот жўнатмасининг ҳар бир символи маълум кетма-кетликда бериладиган дискрет частоталар тўплами ёрдамида узатилиши керак.
Мавжуд ва истиқболда ишлаб чиқиладиган сотали алоқа тизимларида синхрон ёки асинхрон вариантда амалга ошириладиган спектрни тўғри кенгайтириш устун ишлатилади. Бу икки модификацияларнинг фарқи жуда сезиларли. Биринчиси қабуллаш томонида турли абонентларнинг сигналлари ўзаро вақт сурилишларига эга бўлмаслиги учун алоҳида абонентларга тайинланадиган барча индивидуал манзиллар кетма-кетликларини (сигнатураларини) ўзаро синхронлаштириш имконияти бўлганида қўлланилиши мумкин. Бундай вазият СМАТ “пастга” (BTSдан MSга) линияси учун характерли, чунки турли MSларга қатъий бир вақтда жўнатилган BTS сигналлари алоҳида MSга ўша бир трасса бўйича, яъни ўзаро кечикишларсиз келади.
“Юқорига” линиясида BTS қабул қиладиган турли MSлардан сигналлар синхронлаштиришини таъминлаш назарий инкор этилмасада, етарлича қийин ва MSнинг BTSга нисбатан сотанинг чегараларида тасодифий жойлашиши ва натижада сигналларнинг ўзаро тасодифий кечикиши туфайли ҳаммма вақт ҳам технологик ўзини оқлайвермайди. Бундай вазиятлар учун сигнатураларнинг индивидуал абонентларга вақтинчалик ўзаро боғлаб қўйилишини кўзда тутмайдиган DSSS асинхрон версиясининг қўлланилиши характерли ҳисобланади.
Юқорида кўрсатилганидек, узатишда ахборот сигналининг базасининг кенгайиши бўлиб ўтади, у бутун ишчи диапазон бўйича “чаплангандек” бўлади. Тор полосали TDMAдан фарқли равишда код бўйича ажратиш нафақат частота ва вақт бўйича ажратишни, балки сигналнинг оний қуввати бўйича ажратишни ҳисобга олади (5.8-расм). Оний частота, вақт ва қувват коднинг таркибий элементлари сифатида қатнашади.
Абонентда қабул қилишда эса код ёрдамида бутун диапазон бўйлаб сигнални “ўраш” амалга оширилади, бунда бошқа корреспондентларнинг сигналлари “очиқ” қолади ва қабуллагич учун идеал ҳалақит тури – оқ гаусс шовқини (ОГШ) ҳисобланади.
Бу технологияни турли тилларда сўзлашадиган бир неча инсонлар жуфтликлари бўлган хона ёрдамида кўрсатиш мумкин. Улар фақат бир-бирлари билан сўзлашади ва бошқалар билан қизиқишмайди. Агар ҳар бир жуфтлик фақат битта тилини билса ва уни ишлатса, барча тиллар эса турлича бўлса, у ҳолда хонанинг ҳавоси уларнинг овозлари учун “ташувчи” бўлиши мумкин. Ўхшатиш шундан иборатки, хонадаги ҳаво кенг полосали канал ҳисобланади, тиллар эса кодлар кўринишида тарқалади. Шундай қилиб, испанча сўзлайдиган инсон испан тилидан бошқа ҳеч бир тилни эшитмайди ва тушунмайди.

5.8-расм. Сигналнинг оний қуввати бўича ажратиш

Жуфтликлар сонини ошириш умумий фон сўзлашув имкониятини чекламагунча бўлиши мумкин. Барча абонентларнинг маълум қийматдан ортиши керак бўлмаган сигналлари қувватини ростлаш орқали нутқнинг юқори сифати сақланадиган кўп сонли инсонларнинг алоқасини таъминланиши мумкин.
Фойдаланувчилар ёки трафик каналларининг максимал сони ҳар бир канални интенсив ишлатилишига боғлиқ ва шунинг учун маълум ҳисобланмайди. Бу “юмшоқ қайта юкланиш” (soft overload) концепциясида акс этади, унга мувофиқ қўшимча абонент бошқа абонентлар учун ҳалақитларнинг қндайдир ортиши ҳисобига уланишни олиши мумкин. Якунда CDMA стандарти ишлатилганида тармоқни ишлаб чиқишда умумий ҳалақитлар сатҳини минимумга келтириш зарур, чунки бошқа абонентлар ва базавий станциялар ҳосил қиладиган ҳалақитлар билан бирга улар ўтказиш қобилиятининг юқори бўсағасини аниқлайдиган омил ҳисобланади.
CDMA принципида қурилган сотали алоқа тармоқлари TDMAда амалга оширилган рақамли стандартлар учун анъанавий бўлган қўшимча хизматларга эга.
ККАКТУнинг КЧАКТУва КВАКТУга қараганда авзалликларини шартли равишда иккита гуруҳга бўлиш мумкин. Улардан бирини исталган кенг полосали (spread spectrum) тизимларни ажратиб турадиган йўналтирилган ва кенг полосали (шу жумладан атайин уюштирилган) ҳалақитларга юқори ҳалақитбардошлик, кўп нурли тарқалиш шароитларида самарали ишлаш имконияти, мумкин криптоҳимоялаш чораларининг кенг диапазони, частота-вақт параметрларининг ўлчашнинг юқори аниқлиги, радиоалоқа ва узатиш тизимлари билан яхши электромагнит мослашувчанлик ва бошқалар ташкил этади. Иккинчи гуруҳ тўғридан-тўғри кўп томонлама улани жиҳатлари билан боғланган, уларга сотага (секторга) катта абонентлар сиғими, трафикнинг интенсивлиги ортганида алоқа сифатини камайишининг “юмшоқ” характери, “юмшоқ” эстафетали узатиш режимини ишлатилишининг оддийлиги киради.