С. С. Абрамов выпускная квалификационная работа бакалавра



страница2/6
Дата17.10.2016
Размер0.66 Mb.
ТипПояснительная записка
1   2   3   4   5   6



Федеральное агентство связи

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

(СибГУТИ)


ОТЗЫВ
на выпускную квалификационную работу Долгополовой Т.С.

по теме «Разработка демодулятора мобильного терминала сотовой сети с кодовым разделением каналов»

Сотовые сети третьего поколения (3G) это сети множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA). Они базируются на использовании шумоподобных сигналов (ШПС). Для коммерческих целей в сотовых сетях использование ШПС стало возможным благодаря большим успехам в разработке цифровых технологий при реализации методов обработки сигналов.

Бакалаврская работа Долгополовой Т.С. направлена на построение приемников ШПС (главным образом демодулятора, как самой сложной части) для сотовых сетей CDMA. Основная сложность построения демодулятора состоит в разработке системы поиска сигнала и слежения.

Эффективность систем с ШПС в значительной степени определяется скоростью вхождения в синхронизм принимаемого сигнала с его копией в приемном устройстве. В этом состоит главная цель бакалаврской работы Долгополовой Т.С. Она рассмотрела методы приема, методы поиска ШПС. Выбран метод спектральных преобразований на основе быстрого преобразования Адамара. Долгополова Т.С. разработала структурную схему демодулятора. Составила принципиальную схему на основе программируемых логических интегральных микросхем (ПЛИС).

Автор показал хорошую теоретическую подготовку.

Бакалаврская работа заслуживает отличной оценки, автор достоин присвоения квалификации бакалавра, по направлению «Инфокоммуникационные технологии и системы связи».

В данной выпускной квалификационной работе бакалавра 71.11% оригинальности и 28.89% заимствования.




Работа имеет практическую ценность




Тема предложена предприятием




Работа внедрена




Тема предложена студентом




Рекомендую работу к внедрению




Тема является фундаментальной




Рекомендую работу к опубликованию




Рекомендую студента в магистратуру




Работа выполнена с применением ЭВМ




Рекомендую студента в аспирантуру




Руководитель выпускной квалификационной работы бакалавра: доктор технических наук, профессор Фалько Анатолий Иванович (должность, уч. степень, подпись, фамилия, имя, отчество (полностью), дата)

СОДЕРЖАНИЕ


ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ………………………………………...…..4

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................7

1 Сотовые сети третьего поколения на основе CDMA.......................................8

2 Основные принципы построения систем сотовой связи................................13

3 Общие принципы построения систем с кодовым разделением каналов......15

3.1 Принципы кодового разделения каналов..................................................15

3.2 Схема организации связи............................................................................18

3.3Принцип работы оборудования CDMA.....................................................20

3.4 Процесс формирования сигнала CDMA...................................................21

3.5 Каналы в CDMA..........................................................................................22

3.5.1 Прямые каналы.........................................................................23

3.5.2 Обратные каналы......................................................................25

3.6 Кодирование в прямом канале...................................................................26

3.7 Кодирование в обратном канале................................................................27

3.8 Мобильная станция.....................................................................................27

4 Разработка структурной схемы демодулятора CDMA...................................31

4.1 Методы поиска во времени........................................................................31

4.1.1 Изменение задержки опорного сигнала.................................31

4.1.2Полихотомические методы синхронизации...........................32

4.1.3 Методы синхронизации на основе быстрых спектральных преобразований Адамара..................................................................33

4.2 Построение схемы поиска ШПС................................................................34

4.3 Синхронизация широкополосного сигнала и быстрое преобразование Адамара........................................................................................................37

4.3.1 Функции Уолша и их поиск с помощью быстрых спектральных преобразований.........................................................37

4.4 Структурная схема демодулятора приемника абонентского терминала с кодовым разделением каналов ..................................................................38

5 Выбор микросхем для разработки принципиальной схемы………………..42

5.1 Схема разделения квадратур…………………………………………42

5.2 Аналого-цифровой преобразователь…………………………...……44

5.3 Преобразователь частоты…………………………………………….47

6 Составление принципиальной схемы демодулятора на основе ПЛИС……51

7 Безопасность жизнедеятельности…………………………………………….57

7.1 Наличие опасных и вредных факторов……………………………...57

7.2 Организация рабочего места…………………………………………57

7.3 Требования к микроклимату…………………………………………60

7.4 Требования к освещению на рабочих местах……………………….61

7.5 Требования к шуму…………………………………………………...62

7.6 Электробезопасность……………………………………………..…..63

7.7 Электромагнитное излучение………………………………………..64

7.8 Пожарная безопасность……………………………………………....65

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………….…69

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ…………………................70

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

1xEV-DO 1xEvolution Data Only ( Эволюционировавшая оптимизированная передача данных (1х- с одной несущей))

1xEV-DV 1xEvolution Data s Voice ( Эволюционировавшая оптимизированная передача данных и голоса (1х- с одной несущей))

3G 3-rd Generation (Связь третьего поколения)

BPSK Binary Phase Shift Keying (Двоичная фазовая манипуляция)

BS Base Station (Базовая станция)

C/N Carrier/ Noise (Сигнал/шум)

CDMA Code Division Multiple Access (Кодовое разделение каналов с многостанционным доступом)

DS Direr Spread (Расширение спектра по методу прямой последовательности)

FDD Frequency Division Duplex (Дуплексная связь с частотным разделением)

FDMA Frequency Division Multiple Access (Множественный доступ с частотным разделением)

FEC Forward Error Correction (Упреждающая коррекция ошибок)

FH Frequency Hopping (Быстрое переключение частот)

F-PDCH Forward Packet Data Channel (Прямой канал передачи пакетных данных)

F-TCH Forward Traffic Channel (Прямой канал трафика)

GPRS General Packet Radio Service (Общая служба пакетной радиопередачи)

GSM Global System for Mobile Communication (Глобальный стандарт цифровой мобильной радиосвязи)

HDR High Data Rate (Высокоскоростная цифровая абонентская линия)

IMT International Mobile Telecommunications (Международная система мобильной связи)

MS Mobile Station (Мобильная станция)

PN Pseudo Noise (Псевдослучайный шум)

PSK Phase Shift Keying (Фазовая модуляция)

QAM Quadrature Amplitude Modulation (Квадратурная амплитудная модуляция)

QPSK Quadrature Phase Shift Keying (Квадратурная фазовая модуляция)

TDMA Time Division Multiple Access (Множественный доступ с временным разделением)

TIA Telecommunication Industry Association (Ассоциация производителей средств связи)

ETSI European Telecommunications Standards Institute (Европейский институт по стандартам в области телекоммуникаций)

R-CQICH Reverse Channel Quality Indicator Channel (Канал индексации в составе обратного канала)

R-ACKCH Reverse Acknowledgment Channel (Обратному каналу подтверждения)

АКФ Автокорреляционная функция

БВМ Блок выбора максимума

БПА Быстрое преобразование Адамара

БС Базовая станция

ВКФ Взаимно корреляционная функция

ГТЧ Генератор тактовой частоты

ГУИ Генератор управляющих импульсов

ГУН Генератор управляемый напряжением

ДППВ Двухполупериодный выпрямитель

ЗУ Запоминающее устройство

МС Мобильная станция

ОК Обратный канал

ПС Пилот-сигнал

ПСП Псевдослучайная последовательность

УЭ Элемент управления

ФД Фазовый детектор

ФК Функция корреляции

ШПС Широкополосный сигнал

ВВЕДЕНИЕ


Основной целью всей индустрии телекоммуникаций является создание всемирной среды для мобильной связи, которая могла бы поддерживать широкополосные системы быстрой передачи данных и обеспечивала глобальную мобильность абонентов.

На данный момент сети второго и третьего поколения покрывают около 90% населенной территории Российской Федерации.На смену GSM приходят системы с кодовым разделением каналов. На передаче сигналы от различных источников обрабатываются каждый своим кодом и объединяются в широкополосный сигнал с распределенной энергией, а на приемной стороне разделяются с помощью аналогичных кодов.

Дефицит частотного ресурса является самой главной проблемой операторов связи. Поэтому они выбирают сети на основе CDMA, которые более рационально и плотно используют частотные ресурсы. Помимо этого можно выделить целый ряд достоинств таких сетей: увеличение емкости сети, высокая помехозащищенность канала связи, высокая скорость передачи данных, высокая конфиденциальность, передаваемых сообщений управление мощностью передачи мобильной станции. Кодовое разделение каналов обеспечивает высокую пропускную способность, благодаря использованию абонентом общей выделенной полосы частот. При этом, уже внедренные сети третьего поколения технически эволюционируют и совершенствуются, раскрывая свой потенциал, поэтому они не теряют свою.актуальность.

Цель данной бакалаврской работы является разработка демодулятора мобильного терминала сотовой сети с кодовым разделением канала.

1 Сотовые сети третьего поколения на основе стандарта СDMA
Основой всех стандартов третьего поколения являются протоколы множественного доступа с кодовым разделением каналов. Подобная технология сетевого доступа не является чем-то принципиально новым. Первая работа, посвященная этой теме, была опубликована в СССР еще в 1935 году Д.В. Агеевым. [3]

Технически сети с кодовым разделением каналов работают следующим образом – каждому пользователю присваивается определенный числовой код, который распространяется по всей полосе частот, выделенных для работы сети. При этом какое-либо временное разделение сигналов отсутствует, и абоненты используют всю ширину канала., естественно, сигналы абонентов накладываются друг на друга, но благодаря числовому коду могут быть легко дифференцированы. Как было упомянуто выше, данная технология известна достаточно давно, однако до середины 80-х годов прошлого века она была засекреченной и использовалась исключительно военными и спецслужбами.

Среди основных преимуществ цифровых сотовых систем связи с кодовым разделением каналов можно выделить следующее:

-повышенная емкость системы, определяемая максимально возможным количеством активных пользователей системы на территории зоны ее обслуживания. Емкость системы CDMA значительно повышает емкость существующих аналоговых систем связи, это связано с высокой спектральной эффективностью. Повышению емкости системы способствует применение .механизма контроля мощности и речевой активности, что уменьшает взаимные помехи, влияющие на емкость системы и другие факторы. Потенциально высокая емкость системы выражается в отсутствии блокировки вызовов в часы наибольшей нагрузки

-высокое качество обслуживания абонентов, обусловленное использованием усовершенствованных алгоритмов обработки сигналов. Цифровые сотовые системы связи на основе CDMA способны обеспечить надежное функционирование в условиях замирания сигнала. При этом используется многолучевое распространение сигнала для улучшения качества связи.

-экономичность системы. Излучаемая мобильными аппаратами средняя мощность в сотовых системах CDMAсоставляет менее 10 мВт, что на порядок ниже мощности, требуемой в системах с временным разделением каналов TDMA. Это обуславливает- большой резерв аккумуляторов, а также намного меньшее биологическое воздействие на человека и окружающую среду.

Стандарты третьего поколения пришли на смену стандартам 2G. В первую очередь их появление обусловлено возросшими потребностями абонентов в скорости передачи данных. Главное отличие 3G от сетей второго поколения- передача большого объема информации на высоких скоростях, что переводит связь на другой качественный уровень. 3G обеспечивает скорость обмена информацией не менее 2048 кбит/с, для абонентов, движущихся со скоростью не более 3 км/ч – 384 кбит/с, для абонентов, перемещающихся со скоростью не более 120 км/ч – 144 кбит/с. При глобальном спутниковом покрытии сети 3G должны обеспечивать скорость обмена не менее 64 кбит/с. При этом операторы начинают зарабатывать не только на традиционном предоставлении услуг связи, но и за счет контента- полезной информации и сервисов. [1]

Основные услуги, которые предоставляет данный стандарт с кодовым разделением каналов:

- междугородний вызов;

- роуминг(национальный и международный);

- ждущий вызов

- переадресация вызова(при отсутствии ответа, в случае занятости);

- конференц-связь;

- индикатор сообщений об ожидающих вызовах;

- голосовая почта;

- текстовая передача и приём сообщений.

Создание систем сотовой подвижной радиосвязи с кодовым разделением абонентов сдерживалось отсутствием технических и технологических возможностей по реализации малогабаритных, малопотребляемых и многофункциональных устройств "сжатия" ШПС. [1]

В мире сложилась неоднозначная ситуация с созданием сотовых сетей связи 3G. Базовой для них выбрана технология с кодовым разделением каналов, но она по-разному реализуется технически. Это связано с двумя основными направлениями перехода существующих систем сотовой связи в третье поколение- европейским, которое базируется на постепенной модернизации систем связи с временным разделением каналов, известной нам как GSM, и американским, в основе построения систем связи которого заложена модернизация уже существующих систем cdmaOne.

CDMA One – это только брендовое имя стандарта, часто упоминаемого как IS-95. Первые спецификации стандарта IS-95 выпускались под аббревиатурой IS-95A, а более поздние, усовершенствованные релизы опубликовывались как IS-95B.

Как правило, в сетях cdmaOne используется IS-95A, он обеспечивает передачу сигнала со скоростью 9.6 кбит/с (с кодированием) и 14.4 кбит/с ( без кодирования). Версия IS-95B основана на объединении нескольких каналов CDMA, организуемых в прямом направлении (от BS к MS). Скорость может увеличиваться до 28.8 кбит/с ( при объединении двух каналов по 14.4 кбит/с) или до 115.2 кбит/с (при объединении восьми каналов по 14.4 кбит/с). [3]

Стандарт CDMA2000 – это представитель стандартов сотовой связитретьего поколения (3G). Основной целью создания CDMA2000 было увеличение пропускной способности и максимально разрешенных скоростей передачи данных, по сравнению с предшествующим стандартом CDMA One. CDMA2000 – это технология, которая обеспечила эволюцию сетям CDMAOne/IS-95 к стандартам третьего поколения

CDMA2000 может быть рассмотрен в нескольких фазах. Первая фаза: CDMA2000 1x, который поддерживает среднюю скорость передачи данных 144 кбит/сек. Следующей фазой является стандарт, получивший аббревиатуру: 1x-EV-DO (evolutiondataonlyordataoptimised). Он позволяет передавать данные со скоростью до 2Мбит/сек на одной несущей. Последним, пока еще разрабатываемым стандартом серии CDMA2000 является 1x-EV-DV (EVolutionData/Voice). Он предусматривает скорости передачи данных до нескольких десятком Мбит/сек, а также улучшения в качестве передачи данных.[2]

Стандарт CDMA2000 улучшает показатель спектральной эффективности, т.е. эффективности использования частотных ресурсов за счет следующих улучшений:

-усовершенствованный алгоритм управления мощностью.

- разнесенная передача (Transmitdiversity) – каждая антенна может принимать/ передавать до 6 различных сигналов. При этом MS выбирает частоту с наибольшим уровнем сигнала. Благодаря Transmitdiversity можно значительно снизить уровень ошибок в канале связи и увеличить качество сигнала.

- умные антенны (SmartAntennas). Они позволяют формировать отдельные пучки сигнала для каждого абонента с точностью в несколько десятков метров.

-стандарт CDMA2000 предусматривает использование QPSK(QuadraturePhaseShiftKeying) – модуляции

- улучшенная технология цифрового кодирования

Эти преимущества позволили в разы увеличить скорость передачи абонентских данных через радио соединение и увеличить емкость сети.

2 Основные принципы построения сетей сотовой вязи

Система сотовой связи строится в виде совокупности ячеек (сот), покрывающих обслуживаемую территорию.. В центре каждой соты находится базовая станция (БС), обслуживающая все мобильные (подвижные)станции (МС) в пределах своей соты. При перемещении абонента из одной соты в другую происходит передача его обслуживания от одной БС к другой. Все БС соединены с центром коммутации (ЦК) подвижной связи по выделенным проводным или радиорелейным каналам связи. С центра коммутации имеется выход на ТфОП. [2]. Общая структура сети сотовой радиосвязи с подвижными объектами показана на рисунке 2.1

file0159

Рисунок 2.1- Структура сотовой сети радиодоступа

Сотовая топология имеет ряд важных достоинств:

- более эффективно использование частотно-временного ресурса: одни и те же радиоканалы можно использовать в разных сотах, находящихся друг от друга на некотором расстоянии.

- возможность применять передатчики меньшей мощности как на базовых (BS), так и на мобильных станциях (MS), находящихся у абонентов. Работа на микромощностях позволяет экономно расходовать источники питания MSи уменьшать массогабариты абонентских терминалов.

- эффективное формирование зоны обслуживания сети в соответствии с особенностями местности, распределением уровня электромагнитного поля и плотностью размещения мобильных абонентов.

Повышение спектральной эффективности системы-одна из важных задач при построении сети. Этого можно достичь, путем максимального повтора используемых радиоканалов. Для решения этой задачи на практике применяют направленные антенны, которые обеспечивают секторизацию сот. Обычно в мобильной сотовой связи применяют трехсекторные направленные антенны с шириной диаграммы направленности 120°.

Еще одним эффективным способом снижения уровня взаимных помех , увеличения пропускной способности и борьбы с искажениями сигнала на трассе является автоматическое регулирование мощности, как передатчика так и приемника.Решение об изменении мощности принимают на основании измерений уровня сигнала вспециальном контрольном канале и отношения с/ш в канале трафика.

В целях максимально эффективного использования ресурса системы всетях сотовой связи применяют динамическое распределение каналов, прикотором рабочие каналы закрепляют не за абонентами (как в PSTN), а завызовами. По мере поступления заявок на установление соединенияабонентам в соответствии с приоритетом и очередностью выделяютсвободные рабочие каналы. По мере окончания разговора каналыосвобождаются и ими пополняют банк свободных рабочих каналов всистеме. [1]

3 Общие принципы построения систем с кодовым разделением каналов

3.1. Принципы кодового разделения каналов

В широкополосной системе сигнал занимает достаточно широкую полосу частот, которая в несколько раз превышает необходимую для передачи информации. Это достигается путем распределения исходного узкополосного сигнала в очень широкой полосе частот. Такой процесс осуществляется с помощью двойной модуляции несущей- передаваемым информационным сигналом и широкополосным кодирующим.

Основная суть широкополосных систем связи заключается в расширении спектра сигнала (преобразование его в ШПС), передача преобразованного сигнала, прием ШПС и выделение из него исходного сигнала с помощью преобразования спектра в исходный.

Одной из ключевых особенностей стандартов на основе CDMA является то, что в единой широкой полосе частот можно передавать сразу несколько сигналов. Это реализуемо благодаря тому, что исходный сигнал кодируют, преобразуя его в ШПС уникальным кодом, при этом его можно распознать, только зная этот уникальный код на приемной стороне. Основной характеристикой ПДТС является база сигнала В:



В = РТ, (3.1.1)
где F- ширина спектра сигнала, Гц;

Т - длительность элемента сигнала, с.

Длительность элемента сигнала Т и скорость передачи сообщений С связаны соотношением:

Т = 1/С, (3.1.2)

где С - скорость передачи сообщения.

Поэтому база сигнала характеризует расширение спектра ШПС относительно спектра сообщения:

В = F/C. (3.1.3)

Информация может быть введена в широкополосный сигнал (ШПС) несколькими способами. Наиболее известный способ, изображенный на рисунке 3.1, заключается в наложении информации на широкополосную модулирующую кодовую последовательность перед модуляцией несущей для получения ШШС. Узкополосный сигнал умножается на псевдослучайную последовательность (ПСП) с периодом Т, состоящую из N бит длительностью t0 каждый. В этом случае база ШПС численно равна количеству элементов ПСП. Такой метод называется прямым.http://kunegin.narod.ru/ref3/mob/images/ris7.gif

Рисунок 3.1.1-. Схема расширения спектра частот цифровых сообщений

Этот способ пригоден для любой широкополосной системы, в которой для расширения спектра высокочастотного сигнала применяется цифровая последовательность. Скачкообразное изменение частоты несущей, как правило, осуществляется за счет быстрой перестройки выходной частоты синтезатора в соответствии с законом формирования псевдослучайной последовательности. Прием ШПС осуществляется оптимальным приемником, который для сигнала с полностью известными параметрами вычисляет корреляционный интеграл:


(3.1.5)



Z=

где x(t) - входной сигнал.


Каталог: upload -> 7bf
upload -> Городу иркутску 355 лет Иркутский хронограф
upload -> Лекция «Здравоохранение Амурской области»
upload -> П/п Наименование образовательного учреждения
upload -> Закон о промышленной безопасности опасных
upload -> Конкурса«Учитель года Дона 2011»
upload -> Литература О. Николенко п. 1 читать, п. 2-4 конспект; читать Педро Кальдерон "Життя-це сон"
upload -> Программа «Парламентский стиль»
7bf -> С. С. Абрамов выпускная квалификационная работа бакалавра


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6


База данных защищена авторским правом ©grazit.ru 2019
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал