ՀԱՅԱՍՏԱՆԻ ՀԱՆՐԱՊԵՏՈՒԹՅԱՆ

ԿՐԹՈՒԹՅԱՆ ԵՎ ԳԻՏՈՒԹՅԱՆ ՆԱԽԱՐԱՐՈՒԹՅԱՆ

ՀԱՅԱՍՏԱՆԻ ԱԶԳԱՅԻՆ ՊՈԼԻՏԵԽՆԻԿԱԿԱՆ ՀԱՄԱԼՍԱՐԱՆ

(ՀԻՄՆԱԴՐԱՄ)

Ռադիոտեխնիկայի և կապի

համակարգերի ֆակուլտետ

Ռադիոսարքավորումների ամբիոն

ՇԱՐԺԱԿԱՆ ՌԱԴԻՈԿԱՊԻ ՀԱՄԱԿԱՐԳԵՐ

ՈՒսումնական ձեռնարկ

Մաս 1

ԵՐԵՎԱՆ

ՃԱՐՏԱՐԱԳԵՏ

2015

ՀՏԴ 621.37/39 Հրատարակվում է Հայաստանի Պետական

ԳՄԴ 32.84 ճարտարագիտական համալսարանի

Բ 15 23.12.2014 թ. գիտական խորհրդի նիստում

հաստատված 2015 թ. հրատարակչական

պլանի համաձայն

Գրախոսներ` Լ.Ռ. Մովսիսյան,

§Տեխոնոպոլիս¦ ՍՊԸ տնօրեն, տ.գ.թ. Վ. Ա. Պետրոսյան

Խմբագիր` Ն. Ա. Խաչատրյան

Բ. Ֆ. Բադալյան

Հ. Ա. Գոմցյան

Գ. Կ. Եղոյան

Բ 15 Շարժական ռադիոկապի համակարգեր: Ուսումնական ձեռնարկ / Բ. Ֆ. Բադալյան, Հ.Ա. Գոմցյան, Գ. Կ. Եղոյան; ՀՊՃՀ.-Եր.: Ճարտարագետ 2015, Մաս 1.-168 էջ:

Ուսումնական ձեռնարկում համակարգված են շարժական կապի համակարգերի վերաբերյալ տեղեկությունները: Դիտարկվում են փեյջինգային, շարժական բջջային կապի, թրանքինգային և ոչ լարային հեռախոսակապի համակարգերը: Բերված են նշված շարժական կապի համակարգերի ֆիզիկական մակարդակի ընդհանրացված կառուցվածքային սխեմաները, տրամաբանական և ֆիզիկական կապուղիների կազմակերպման հարցերը:

Նախատեսված է «Ռադիոտեխնիկա», «Ռադիոկապ, ռադիոհեռարձակում և հեռուստատեսություն» և «Շարժվող օբյեկտների կապի միջոցներ» մասնագիտացումների առկա և հեռակա ուսուցմամբ ուսանողների, ինչպես նաև համապատասխան մասնագիտությունների մագիստրանտների համար:

ՀՏԴ 621.37/39

ԳՄԴ 32.84

ISBN 978-9939-55-574-4

Բովանդակություն

Ներածություն

Գլուխ 1. Ռադիոկապի ցանցերի և համակարգերի կառուցման սկզբունքները

1.1. Հիմնական հասկացություններ և սահմանումներ

1.2. Անհատական ռադիոկանչի համակարգեր

1.3. Ոչ լարային հեռախոսակապի համակարգեր

1.4. Թրանքինգային համակարգեր

1.5. Անհատական ռադիոկապի արբանյակային համակարգեր

1.6. Բջջային շարժական կապի գաղափարը

1.7. Դեպի տեղային հաշվողական ցանցեր անլար մուտքի համակարգեր

Գլուխ 2. Թվային կապի համակարգերի տարրերը

2.1. Թվային կապի համակարգի մոդելը

2.2. Բազմակի մուտքի մեթոդներ

2.3. Տվյալների դուպլեքս հաղորդման եղնականեր

2.4. Ձայնային ազդանշանների թվային ներկայացումը, իմուլսակոդային մոդուլացում

2.4.1. Անալոգային ազդանշանների դիսկրետացումը

2.4.2. Անալոգա - թվային ձևափոխություն

2.5. Ձայնային ազդանշանի տեսքի կոդավորումը հաճախային տիրույթում

Գլուխ 3. Շարժական բջջային տեխնոլոգիաներ

3.1. Բջջային կապի անալոգային ստանդարտներ

3.2. NMT ստանդարտի տիպային շարժական կայանի կառուցվածքը

3.3. Շարժական կապի GSM գլոբալ համակարգ

3.4. Բազային կայանի կառուցվածքը

3.5. Բաժանորդային տերմինալի (շարժական կայանի) կառուցվածքը

3.6. GSM համակարգի ստանդարտ շարժական կայանի բլոկ-սխեման

3.7. GSM ստանդարտի բջջային ռադիոհեռախոսի պարզեցված կառուցվածքային սխեման

3.8. Կոմուտացման կենտրոնի կառուցվածքը

Գրականություն

Ներածություն

Համաձայնեք, որ չկա ավելի մեծ երջանկություն, քան մարդկային շփման երջանկությունը: Իհարկե նկատի ունենք մարդկանց անմիջական շփումը: Սակայն օբյեկտիվ պատճառների հետևանքով մարդը ստիպված է հաճախ դիմել շփման «սուռոգատ» եղանակի` հեռախոսային կապին, որը համեմատած անմիջական շփման հետ ունի մի շարք սահմանափակումներ: Ամերիկյան գիտնականների հետազոտությունների արդյունքում պարզվել է, որ հեռախոսային կապի ժամանակ հաղորդվում է անմիջական շփման դեպքում ստացվող ինֆորմացիայի միայն 45%-ը, որից միայն 7%-ը կարող է առանձնացվել տեքստից, իսկ մնացած 38%-ը ձայնի տեմբրից և ինտոնացիայից: Այսպիսով հեռախոսային կապի ժամանակ տեմբրի և ինտոնացիայի հաղորդման դեպքում կարող ենք ստանալ ինֆորմացիայի 83%-ը: Անմիջական շփման դեպքում ինֆորմացիայի մոտ 50 %-ը ստացվում է ժեստերի և միմիկայի միջոցով, այսինքն` տեսողական ընկալմամբ: Ակնհայտ է, որ էլեկտրակապի նոր տեսակների առաջացումը և զարգացումն ապահովող շարժիչ ուժ կարելի է համարել այդ կապի միջոցով հաղորդվող և անմիջական շփման միջոցով ստացվող ինֆորմացիաների քանակների առավելագույնս հավասարեցման ձգտումը:

Մարդը շրջակա միջավայրից ինֆորմացիա է ստանում հիմնականում տեսողության (80…90%), լսողության (10…20%), ինչպես նաև համի, հոտի և շոշափելիքի օրգանների միջոցով (1…3%), որոնց բնութագրերը էապես տարբերվում են: Տեսողության ինֆորմացիոն թողունակությունը կազմում է 3 Մբիթ/վրկ, իսկ լսողությանը` մոտ 75 անգամ ավելի փոքր` 40 կբիթ/վրկ, այսինքն` տեսողական և լսողական օրգանների ինֆորմացիոն հնարավարությունները բավական մեծ են: Սակայն մարդու կողմից ինֆորմացիայի ընդունման, հիշելու և հետագայում վերարտադրման արագությունը չի գերազանցում 40 բիթ/վրկ-ը: արդն ինֆորմացիան բանավոր «վերարտադրում է» ավելի արագ (120-160 բիթ/վրկ), քան գրավոր (40 բիթ/վրկ), իսկ ընկալում է ավելի արագ (40 կբիթ/վրկ), քան վերարտադրում է բանավոր:

Կապի առավել դինամիկ զարգացող տեսակներից է շարժվող օբյեկտների հետ կապը` «կապը շարժման մեջ», որն էապես ընդլայնում է ավանդական հեռախոսային կապի հնարավորությունները: Բաժանորդային տեղամասում ռադիոկապի կիրառումը թույլ է տալիս տարածության մեջ տեղաշարժման պայմաններում մուտք ունենալ դեպի կապուղիներ, ընդ որում պահպանվում է տեղաշարժվող բաժանորդի հետ կապի հաստատման հնարավորությունը ըստ վերջինիս անփոփոխ համարի:

Տվյալ ուսումնական ձեռնարկը թույլ կտա հասկանալ շարժական ռադիոկապի ժամանակակից համակարգերի կառուցվածքը և խնդիրները: Ոլորտը զարգանում է բավական սրընթաց: Ժամանակակից շարժական կապի համակարգերում կիրառվող մի շարք տեխնիկական լուծումներ տարիներ առաջ տեսական բանավեճերի տեղիք էին տալիս, իսկ դրանց իրագործումը առկա տեխնիկական միջոցների շրջանակներում թվում էր անհնարին: Այսօր այդ լուծումները կիրառվում են լայն տարածում գտած բջջային հեռախոսներում և սմարթֆոններում:

Գլուխ 1. Ռադիոկապի ցացների և համակարգերի կառուցման սկզբունքները

1.1. Հիմնական հասկացություններ և սահմանումներ

Շարժական ռադիոկապը հեռահաղորդկացության առավել դինամիկ զարգացող ուղղություններից մեկն է: Շարժական կապի բաժանորդների աճի դինամիկան բերված է աղ.1-ում:

Շարժական ռադիոկապը նշանակում է շարժվող օբյեկտների (ՇՕ) միջև ռադիոկապ, որոնցից մեկը կամ երկուսն էլ շարժվում են կամ զբաղեցնում են միմյանց նկատմամբ պատահական դիրք, ընդ որում, օբյեկտներից մեկը կարող է հանդիսանալ որպես բազային կայան: Շարժական օբյեկտ տերմինը կիրառելի է վերգետնյա օբյեկտների, նավերի, թռչող օբյեկտների և կապի արբանյակների նկատմամբ: Շարժական կապի համակարգերը կարող են ընդգրկել որոշ կամ բոլոր նշված շարժական վերջնակայնների տիպերը:

Շարժական կապի համակարգերն առանձնանում են հնարավորությունների բազմազանությամբ: Դրանք միմյանցից տարբերվում են բարդությամբ, մատուցվող ծառայությունների ծավալով և շահագործման ծախսերով:

Շարժական ռադիոկապի համակարգերը բաժանվում են մասնագիտացված շարժական կապի համակագերի, անհատական ռադիոկանչի համակարգերի, ոչ լարային հեռախոսակապի, բջջային շարժական կապի, ոչ լարային բաժանորդային ռադիոմուտքի, անհատական արբանյակային կապի և դեպի տեղային հաշվողական ցանցեր անլար մուտքի համակարգերի:

Շարժական ռադիոկապի մասնագիտացված համակարգերը` PMR (Professional Mobile Radio), ստեղծվում և զարգանում են այնպիսի առևտրային և պետական կազմակերպությունների և հաստատությունների շահերի շրջանակներում, ինչպիսիք են ոստիկանությունը, շտապօգնությունը և այլն: Որպես կանոն, PMR-ները ունեն ցանցի շառավղային կամ շառավղա - տարածքային կառուցվածք: Այն PMR-ները, որոնք կապ են հաստատում ընդհանուր օգտագործման հեռախոսային ցանցերի (ТФоП) բաժանորդների հետ, կոչվում են PAMR (Public Access Mobile Radio): Ընկերությունները կարող են կազմակերպել սեփական ենթացանցերը PAMR ցանցի շրջանակներում, և հատկացված հաճախությունների օգտագործման համար չկա արտոնագրի գնման անհրաժեշտություն: Ցանցի օպերատորն ունի օգտագործվող բոլոր հաճախությունների համար արտոնագիր:

Ըստ հաճախային ռեսուրսի օգտագործման եղանակների, կապի համակարգերը բաժանվում են հետևյալ դասերի.

 Բաժանորդներին ամրագրված կապուղիներով համակարգեր,

 դեպի ընդհանուր հաճախային ռեսուրս ազատ մուտքի կապի համակարգեր,

 հաճախությունների տարածականորեն բաժանված կրկնակի օգտագործմամբ կապի համակարգեր (բջջային կապի համակարգեր):

PMR-ը և PAMR-ը դասվում են շարժական ռադիոկապի համակարգերի առաջին երկու խմբերի շարքը:

Ներկայումս կիրառվում են անալոգային և թվային PMR-ներ: Առաջինները բնութագրվում են ցածր աղմկակայունությամբ և աստիճանաբար փոխարինվում են թվայիններով, որտեղ կիրառում են գտել աղմկակայուն կոդավորման և ինթերլիվինգի, ինչպես նաև թվային մոդուլյատորների, դեմոդուլյատորների և բարձրորակ ակուստիկ ձևափոխիչների նախագծման մեթոդները:

1.2. Անհատական ռադիոկանչի համակարգեր

Անհատական ռադիոկանչի համակարգերը (անգլ.paging-կանչ) ի սկզբանե կառուցվում էին հեռարձակման համակարգերի հիման վրա: Դասական փեյջինգային համակարգում կապը միակողմանի է` կանչերի մշակման կենտրոնի հետ կապված բազային կայանից դեպի ընտրված շարժական կայանը [1]: Շարժական կայանն աշխատում է միայն ազդանշանի ընդունման վրա` բոլոր ռադիոհեռարձակման ազդանշաններից ընտրելով միայն իրեն հասցեագրվածը: Դասական համակարգում փեյջերը միայն կարող էր ազդանշան ընդունել: Փեյջինգային համակարգերի զարգացման վաղ շրջանում ընդունված ռադիոազդանշանի խնդիրը պարզ էր. աշխատեցնել ձայնային ազդանշանների գեներատորը: Ներկայումս ընդունված հաղորդագրությունն ունի տառա - թվային սիմվոլների կամ կարճ ձայնային հաղորդագրության տեսք: Թվային հաղորդագրության միջոցով հաղորդվում է հեռախոսային համարը, որով պետք է զանգահարի հասցեատերը: Տառաթվային հաղորդագրությունը պարունակում է տեքստ, բորսային նորություններ կամ այլ ինֆորմացիա, որը կարելի է ընթերցել փեյջերի հեղուկ բյուրեղային էկրանի վրա (նկ.1.1): Ձայնային ազդանշանը տևում է մի քանի վայրկյան և հաղորդվում է թվային տեսքով: Դասական համակարգում հաղորդագրությունը թելադրվում է կանչերի մշակման կենտրոնի օպերատորին: Օպերատորը բազային կայանի միջոցով տվյալ հաղորդագրությունն ուղարկում է փեյջերին: Հաղորդագրությունը կարող է նաև տրվել կանչերի մշակման կենտրոնին մոդեմային կապի կամ Internet-ցանցի օգնությամբ:

Քանի որ փեյջերը բավական պարզ սարք է, որը նախատեսված չէ ազդանշանի հաղորդման համար, այն սպառում է քիչ էներգիա և ունի փոքր չափսեր: Հզոր ազդանշանը, որը պետք է թափանցի շենքերի պատերի միջով, ճառագայթվում է բազային կայանի կողմից:

Ստանդարտ փեյջինգային համակարգը բաղկացած է.

 կանչերի մշակման կենտրոնից, որտեղ կարելի է հարցում ուղարկել կոնկրետ բաժանորդին ձայնային կամ տառա-թվային հաղորդագրության հաղորդման համար,

 մի քանի հարյուր ՄՀց հաճախությամբ աշխատող բազային հաղորդիչից,

 որոշակի թվով ընդունիչներից (փեյջերներ):

Փեյջինգային համակարգերի սպասարկման գոտիների չափսերը տատանվում են փոքրից (տեղային)` մեկ անտենայով և փոքր սպասարկման գոտիով մինչև տարածաշրջանային` բազմաթիվ անտենաներով, որոնք տեղակայված են հատուկ եղանակով: Վերջիններիս սպասարկման գոտին կարող է ընդգրկել ողջ երկիրը: Նմանատիպ օրինակ է եվրոպական ERMES կապի համակարգը:

ERMES անհատական ռադիոկանչի համակարգը Եվրոպական Միության երկրների համատեղ նախաձեռնության արդյունք է: Համընդհանուր փեյջինգային ստանդարտի մշակման աշխատանքներն սկսվեցին 1987 թ-ին: 1990 թ-ին 16 երկրների 26 օպերատորներ ստորագրեցին նոր փեյջինգային ստանդարտի ստեղծման վերաբերյալ փոխհամաձայնության Համաձայնագիր: Այդ Համաձայնագիրը ստորագրած բոլոր երկրների ներկայացուցիչները որոշեցին նոր ստանդարտին հատկացնել 169.4…169.8 ՄՀց հաճախային տիրույթը: 1992թ-ին հեռահաղորդակցական ստանդարտների Եվրոպական ինստիտուտը (ETSI) հաստատեց ERMES ստանդարտը, իսկ 1994 թ-ին Միջազգային հեռահաղորդակցական միությունը (ITU) ERMES-ը ամրագրեց` որպես փեյջինգային կապի առաջին համաշխարհային ստանդարտ:

ERMES համակարգն առաջարկում է բազային ծառայությունների հետևալ տեսակները.

 տոնային փեյջինգ. գոյություն ունեին արձագանքման 8 զանազան ազդանշաններ,

 թվային փեյջինգ. թվային հաղորդագրության առավելագույն երկարությունը կազմում է 16000 թիվ,

 տեքստային փեյջինգի դեպքում հաղորդագրության առավելագույն երկարությունը 9000 սիմվոլ էր:

Լրացուցիչ առաջարկվում էր 64 կբիթ-ը չգերազանցող բլոկների «թափանցիկ» հաղորդում: Հաղորդման «թափանցիկությունը» նշանակում էր, որ տվյալները հաղորդվում են նույն տեպմով, որով դրանք գալիս են հաղորդչի մուտք: Նույն արագությամբ դրանք հաղորդվում են ընդունիչի ելքից: Որակը կախված էր միայն կապուղու ընթացիկ հատկություններից: Այսպիսով, աղմկակայուն կոդավորմանը հակառակ, որը սովորաբար կիրառվում էր հաղորդչում և ընդունիչում, ապահովվում էր հաղորդման բարձր արագության հաստատունությունը, սակայն դա հանգեցնում էր տվյալների որակի անկայունությանը:

ERMES-ի ցանցային կառուցվածքի հիմնական տարրերն են (նկ.1.2).

 բաժանորդային ընդունիչների հավաքածուն (pagers),

 բազային կայանների ենթահամակարգը (Base Station-BS),

 կանչերի սպասարկման գոտու կոնտրոլերը (Paging Area Controller-PAC),

 անհատական ռադիոկանչի ցանցի կոնտրոլերը (Paging Network Controller-PNC),

 տեխնիկական շահագործման կենտրոնը (Operation and Maintenance Center-OMC), որը բերված չէ նկ.1.2-ում:

Փեյջերը ընդունում և դեմոդուլացնում է ազդանշանները, ապակոդավորում է ընդունիչի հասցեն, ապակոդավորում է հաղորդված ինֆորմացիոն բլոկները և արտացոլում է դրանք էկրանին կամ տեղեկացնում է բաժանորդին հաղորդագրության ընդունման մասին ձայնային ազդանշանով:

Անհատական ռադիոկանչի ցանցի կոնտրոլերը (PNC) կոնկրետ օպերատորի ցանցի կենտրոնական բաղադրիչն է: Քանի որ միաժամանակ կարող են գործել մի քանի օպերատորների ցանցեր, առկա է PNC մակարդակի վրա միջցանցային միացումների հաստատման հնարավորություն: Միջցանցային միացումներն իրականացվում են ընդհանուր օգտագործման տվյալների հաղորդման փաթեթային ցանցի (Public data Packet Network-PDPN) միջոցով: PNC-ն նաև միացված է մուտքի ցանցին, որից այն ստանում է փեյջինգային հաղորդագրություններ և կանչերի սպասարկման գոտիների կոնտրոլերներին, որոնց հաղորդում է ընդունված հաղորդագրությունները: Տեխնիկական շահագործման կենտրոնն իրականացնում է PNC-ի մշտադիտարկում և ապահովում է ցանցի աշխատանքը:

PAC կանչերի սպասարկման գոտու կոնտրոլերը ղեկավարում է ցանցի աշխատանքը որոշակի տեղանքում` փեյջինգի գոտում, որը ծածկվում է մի քանի բազային կայաններով` միացված կոնկրետ PAC-ին: PAC-ն ընդունում է PNC-ից հաղորդման ենթակա հաղորդագրությունները, հերթագայում և խմբերի է բաժանում դրանք, ինչպես նաև սահմանում է հաղորդման առաջնահերթությունը:

Բազային կայանը ստանում է սպասարկման գոտու կոնտրոլերից հաղորդագրություն, կոդավորում է դրանք և ավելացնում է սինքրոնացման և իդենտիֆիկացման վերաբերյալ ինֆորմացիա: Ընդունիչի հասցեն և հաղորդագրության մի մասը պաշտպանվում են կարճացված ցիկլիկ (30,18) կոդով: Սխալների փաթեթների բաղադրման համար կիրառվում է ինթերլիվինգ: Ստացված երկուական ազդանշանը մոդուլացնում է ընտրված կապուղում կրողը: Այնուհետև մոդուլացված ազդանշանը հաղորդվում է բաժանորդային ընդունիչին:

ERMES համակարգի յուրաքանչյուր կապուղու ինֆորմացիոն ունակությունը մոտ հինգ անգամ մեծ էր ավանդական փեյջինգային համակարգերի ունակությունից: Տվյալների հաղորդման 6.25 կբիթ/վրկ արագության դեպքում, ընդունելով մեկ բաժանորդին բաժին ընկնող կանչերի միջին քանակը ժամում 0.2 անգամ, կստանանք մեկ կապուղու ունակությունը.

 մինչև 500 000 բաժանորդ, որոնք ստանում են մինչև 10 նիշ ծավալով թվային հաղորդագրություններ,

 160 000 բաժանորդ, որոնք ստանում են 40 նիշ ծավալով տեքստային հաղորդագրություններ:

Փեյջինգային համակարգերի հետագա զարգացումը բնութագրվում է հետադարձ կապի կապուղու ներմուծմամբ, որը նախատեսված է հաղորդագրությունների ընդունման հաստատման համար:

Վերջին ժամանակներս փեյջինգային համակարգերի զարգացման տեմպերը ընկել են բջջային հեռախոսների լայն տարածման հետևանքով: SMS (Short Message Service) հաղորդագրությունները նման են փեյջինգայիններին: Հնարավոր է, որ փեյջինգային համակարգերը հետագայում կբարձրացնեն իրենց արտադրողականությունը և կընդլայնեն առաջարկվող ծառայությունների սպեկտրը: Փեյջինգային համակարգերը պարզապես կարելի է միացնել Internet ցանցին, ինչը թույլ կտա ուղարկել էլեկտրոնային նամակի պատճեն անմիջապես բաժանորդի փեյջերին:

Երկկողմանի փեյջինգը դասական իմաստով այլևս չի համարվում փեյջինգ: Սակայն դեպի բազային կայան կարճ հաղորդագրությունների և հաստատման հաղորդման հնարավորության շնորհիվ կարելի է իրագործել մի շարք նոր ծառայություններ, որոնց մեծ մասը կապված է ղեկավարող հավելվածների հետ: Հեշտ է պատկերացնել փեյջեր, որը համատեղ աշխատում է մեքենայում տեղակայված GPS-ընդունիչի հետ: Նմանատիպ համակարգը կարելի է արդյունավետ օգտագործել ավտոմեքենայի անվտանգության ապահովման համար` այն կարող է կանգնեցնել գողացված մեքենայի շարժիչը կամ հաղորդել ինֆորմացիա` աշխարհագրական դիրքի վերաբերյալ: Հասցեագրման լայն հնարավորություններով երկկողմանի փեյջինգային համակարգերը կարող են կիրառվել չափիչ սարքերից տվյալների հեռահար ընթերցման համար կամ էլ առևտրային ավտոմատներում:

1.3. Ոչ լարային հեռախոսակապի համակարգեր

Ոչ լարային հեռախոսակապի համակարգերն ի հայտ են եկել նախորդ դարի 70-ական թվականներին: Դրանք փոքր հզորության ոչ լարային կապի միջոցներ են, որոնք նախատեսված են դանդաղ տեղաշարժվող և բազային կայանից ոչ հեռու գտնվող բաժանորդների համար: Ոչ լարային հեռախոսի ներդրման հիմնական գաղափարը հեռախոսային ապարատի և փողակի միջև լարի փոխարինումն էր ռադիոկապուղով, ընդ որում, կապի որակի բնութագրերը և ապարատի գինը պետք է չզիջեին սովորական լարային հեռախոսի կապի որակին և գնին:

Բազային կայանը ոչ լարային հեռախոսի մաս է, որը միացված է ընդհանուր օգտագործման հեռախոսային ցանցին (ТфоП-Телефонная сеть общего пользования)` որպես սովորական հեռախոսային ապարատ: Դեպքերի մեծամասնությունում բազային կայանը փոխազդում է եզակի շարժական կայանի` հեռախոսային փողակի հետ, ապահովելով մարտկոցի լիցքավորումների միջև աշխատանքի երկար ժամանակ: Ոչ լարային հեռախոսակապի վերը նշված առաձնահատկություններից բխում է, որ նման համակարգը բնութագրվում է հատկացված միավոր սպեկտրի վրա բաժանորդների փոքր քանակությամբ, տեղամասի միավոր մակերեսի վրա բազային կայանների առավելագույն քանակով և կապի փոքր հեռահարությամբ: Այդպիսին էին անալոգային ոչ լարային կապի հատկությունները: Շարժական փողակի օտար բազային կայանի հետ կապվելուց խուսափելու համար` կիրառվում էին զանազան տեխնիկական միջոցներ, օրինակ գաղտնագրերի (թվային հաջորդականություններ) փոխանակում, որոնք հայտնի են ոչ լարային կայանների միայն սեփական զույգին:

Անլար հեռախոսակապում թվային տեխնոլոգիաների կիրառումը թույլ տվեց ընդլայնել նման համակարգերի հնարավորությունները: Բազային կայանի ռադիոծածկույթն էապես ընդլայնվեց: Նախկինում կապը սահմանափակված էր կամ բնակարանային, կամ էլ շենքային տարածությամբ: CT-2 (Cordless Telephony-2)երկրորդ սերնդի համակարգը, որն առաջին անգամ կիրառվել է Մեծ Բրիտանիայում, մատուցում էր լրացուցիչ ծառայություն, որը կոչվում էր Telepoint: Բազային կայանները տեղակայված էին խիտ բնակեցված շրջաններում: Բաժանորդագրվելով Telepoint ծառայությանը` բաժանորդը կարող էր ելքային զանգեր կատարել CT-2 համակարգի սպասարկման գոտում` առանց կոնկրետ բազային կայանին ամրագրվելու: Սակայն մուտքային զանգեր բաժանորդը կարող էր ընդունել միայն իր բազային կայանի ազդեցության գոտում: CT-2 համակարգի որոշ շարժական կայաններ համալրվում էին լրացուցիչ փեյջերով, որը թույլ էր տալիս բաժանորդին տեղեկացնել իրեն զանգահարած բաժանորդի հետ կապ հաստատելու անրաժեշտության վերաբերյալ:

Մեծ Բրիտանիայում CT-2 համակարգը լայն տարածում չգտավ, սակայն այն բավական ժողովրդավարություն էր վայելում այլ վայրերում, օրինակ Հոնկոնգում և Սինգապուրում:

Անլար հեռախոսակապի կատարելագործման և ունիֆիկցման աշխատանքները հանգեցրին Եվրոպական Միությունում DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications, նախկինում Digital European Cordless Telephony) ստանդարտի մշակմանը, որն օպտիմացված է շենքերում կիրառման համար:

DECT-ի բազային կայանները միանում էին հաստատությունների ԱՀԿ-ների համակարգային կոնտրոլերներին: Շնորհիվ DECT-կոնտրոլերների, մոտ գտնվող բազային կայանները կարող են ապահովել կապը շարժական կայանի դիրքի փոփոխության դեպքում: Պահանջվող բաժանորդին կարելի է կանչել ցանկացած բազային կայանի օգնությամբ, որի սպասարկման գոտում տվյալ պահին գտնվում է բաժանորդը: Ի սկզբանե մշակված լինելով շենքերի ներսում օգտագործման համար` ներկայումս DECT կապի համակարգը տեղակայվում է նաև խիտ հեռահաղորդակցական տրաֆիկ ունեցող շրջաններում` օդանավակայաններում, քաղաքների կենտրոնական հատվածներում, երկաթգծային կայարաններում և այլն:

1.4. Թրանքինգային համակարգեր

Թրանքիգային կապի համակարգերը շարժական կապի համակարգեր են, որոնք նախատեսված են տարածության մեջ տարանջատված ռեսուրսների տիրապետող խոշոր ձեռնարկություններում հեռահաղորդակցական ցանցերի կառուցման համար: Նման ձեռնարկության օրինակ է բեռնատար կամ մարդատար ավտոմեքենաների պարկը: Թրանքինգային համակարգերը հատկապես արդյունավետ են տրանսպորտային ընկերություններում և հատուկ ծառայություններում, օրինակ ոստիկանությունում, վթարային ծառայություններում, գազի և էլեկտրաէներգիայի մատակարար ընկերություններում: Նմանատիպ համակարգերի բնութագրիչ առանձնահատկությունը կարգավարական (դիսպետչերական) և կառավարման կենտրոնի առկայությունն է, որը բաշխում է կանչերը: Հնարավոր է դառնում այնպիսի միացումների հաստատում, որոնք սովորական հեռախոսային ցանցերում տրամադրվում են միայն որպես հատուկ ծառայություններ`դիսպետչերական կենտրոնից հաղորդագրության ուղարկում բոլոր շարժական կայաններին կամ կոնկրետ որևէ խմբի, մի քանի շարժական կայանների միջև կապի հաստատում և այլն:

Թվարկենք թրանքինգային կապի համակարգերի զարգացման փուլերը.

 մեկ բազային կայանով և ընդհանուր կապուղով համակարգեր: Յուրաքանչյուր շարժական կայան լսում էր ցանցի ցանկացած կայանին հաղորդվող ազդանշանները,

 բրիտանական MPT 1327 ստանդարտի համաձայն կատարելագործված անալոգային համակարգեր,

 TETRA թվային համակարգեր, որոնք ստանդարտացված են Հեռահաղորդակցական Ստանդարտների Եվրոպական Ինստիտուտի (European Telecommunications Standards Institute, ETSI) կողմից: Ընձեռում են ինչպես ձայնային, այնպես էլ այլ ինֆորմացիոն ազդանշանների հաղորդման հնարավորություն:

Թրանքինգային կապի համակարգերի հիմնական գաղափարը և անավնումն արտացոլում է դրանցում կապուղիների բաշխման կանոնը: Համակարգային ռեսուրսները բաղկացած են որոշակի թվով կապուղիներից («կապի փող», Trunk), որոնք համարվում են ընդհանուր ռեսուրս: Ցանկացած ազատ կապուղի կարող է հատկացվել նոր միացման համար և անմիջապես վերադարձվել ընդհանուր քվոտա այդ սեանսի ավարտից հետո [2]: Նշվածը թրանքինգային և դասական դիսպետչերական կապի համակարգերի միջև հիմնական տարբերությունն է: Վերջիններում կապուղիները բաշխված են օգտատերերի ֆիքսված խմբերի միջև: Եթե դիսպետչերական համակարգի խմբում բոլոր կապուղիները զբաղված են, ապա օգտատերը չի կարող կապ հաստատել, չնայած այն բանի, որ այլ խմբերում կան ազատ կապուղիներ (նկ.1.3):

Նկատենք, որ թրանքինգային համակարգի կողմից սպասարկվող բաժանորդների թիվը հավասար է կապուղիների թվին: Սպասարկման ենթակա բաժանորդների թիվն ավելի քիչ է, քան ավանդական դիսպետչերական կապի համակարգում: Ակնհայտ է, որ թրանքինգային համակարգը պետք է ունենա կապուղիների բաշխման կառավարում, իսկ շարժական կայանը պետք է կարողանա արագ սինթեզել անհրաժեշտ կապուղու հաճախությունը: Քանի որ ոչ մի կապուղի ամրագրված չէ օգտատերերի որևէ կոնկրետ խմբին, համակարգի հուսալիությունը ընդհանուր առմամբ էապես մեծանում է: Մեկ կապուղու խափանումը կբերի ողջ համակարգի ունակության փոքր նվազեցմանը, այլ ոչ թե բաժանորդների մի ամբողջ խմբի դեպի համակարգի ռեսուրսներ մուտքի անհնարինությանը, ինչը տեղի ունի ավանդական դիսպետչերական համակարգում: Բացի այդ, գերծանրաբեռնվածության պայմաններում թրանքինգային համակարգը չի մերժում կանչերը, այլ դրանք հերթագայում է: Խոսակցության տևողությունը կարող է սահմանվել համակարգի կողմից, ինչը նույնպես մեծացնում է կապի կազմակերպման արդյունավետությունը:

Տարբերում են ազատ կապուղու հաջորդական որոնումով (տեսածրող) և հատկացված ղեկարման կապուղիով թրանքիգային կապի համակարգեր: Տեսածրող թրանքինգը բնութագրվում է կապի հաստատման բավական մեծ ժամանակով և ցանկալի է կիրառել կապուղիների փոքր քանակի դեպքում (5-ից մինչև 8): Թրանքիգային համակարգերի առավել տարածված տարատեսակներից են հատկացված կապուղիով համակարգերը:

1.5. Անահատական ռադիոկապի արբանյակային համակարգեր

1945 թ-ին հայտնի անգլիացի ֆանտաստ գրող Արթուր Կլարկը “Wireless World” ամսագրում տպագրված իր “Extra-terestrial Relays” հոդվածում գրում է. «Երկրի մակերևույթից որոշակի հեռավորության վրա գտնվող արհեստական արբանյակը մեկ պտույտ կկատարի յուրաքանչյուր 24 ժամը մեկ, այսինքն մշտապես կգտնվի երկրագնդի որոշակի կետի վրա: Դրա հետևանքով այն կհայտնվի երկրագնդի մոտ կեսի ուղիղ տեսանելիության գոտում: Այդ ուղեծրի վրա 120⁰ սահմաներրում տեղակայված 3 վերահաղորդիչ կայանները թույլ կտան ողջ երկրագունդն ապահովել ռադիոկապով և հեռուստատեսությամբ»:

15 տարի անց, երբ ի հայտ եկավ արհեստական արբանյակների ուղեծիր դուրս բերելու հնարավորություն, սկսվեցին արբանյակային կապի համակարգերի մշակման աշխատանքներ:

Ժամանակակից արբանյակային համակարգերը բնութագրվում են ձայնի կամ տվյալների մեկ կամ երկկողմանի հաղորդմամբ`ոչ մեծ արագությամբ, սակայն մեծ հեռավորությունների վրա: Համակարգի տարողունակությունը խիստ կախված է կիրառվող արբանյակների քանակից, սակայն արբանյակների թվի մեծացումը բերում է համակարգի գնի էական աճին:

Անհատական արբանյակային ռադիոկապի համակարգերը բաղկացած են երկու հիմնական` տիեզերական և վերգետնյա սեգմենտներից: Տիեզերական սեգմենտը կազմում են արբանյակ-վերահաղորդիչները` տիեզերական կայանները (ՏԿ), ինչպես նաև դրանք դեպի ուղեծիր դուրս բերման միջոցները: Տիեզերական սեգմենտում կիրառվում են արբանյակներ, որոնք կախված համակարգի նշանակությունից` գտնվում են զանազան ուղեծրերի վրա (նկ.1.4). գեոստացիոնար շրջանաձև ուղեծիր (GEO), որի բարձրությունը կազմում է մոտ 37 000 կմ, 10 - 15 000 կմ բարձրությամբ միջին բարձրության ուղեծիր (MEO), ցածր բարձրությամբ ուղեծիր (LEO, 700…1500 կմ բարձրությամբ) և բարձրէլիպսային ուղեծիր (HEO), որի ապոգեյը կազմում է մոտ 40 000 կմ, իսկ պերիգեյը 500 կմ:

Վերգեգտնյա սեգմենտն օգտատետրի մոտ գտնվող արբանյակային կապի տերմինալների ցանց է և կառավարման վերգետնյա համալիրներ. համակցման կայաններ, համակարգի ռեսուրսների կառավարման կենտրոն և տիեզերական սեգմնետի կառավարման կենտրոն:

Վերջին ժամանակներում ներկայացվեցին մի քանի նոր արբանյակային համակարգեր, որոնք հայտնի են Iridium, Globalstar և ICO անվանումներով: Դրանք բոլորն էլ օգտագործում են ցածր կամ միջին ուղեծրային արբանյակները:

Ցածր ուղեծիրների դեպքում արբանյակների թիվն աճում է, քանի որ փոքրանում է յուրաքանչյուր արբանյակի ռադիոծածկույթի տարածքը: Դրա հետ մեկտեղ տիեզերական ապարատի չափերը և գինը նույնպես նվազում են: Բացի այդ, նվազում է ազդանշանի տարածման հապաղումը, որը ներմուծվում է տիեզերական կապի մայրուղիներով, նվազում է նաև շարժական կայանների հզորությունը, ինչը թույլ է տալիս օգտագործել դյուրակիր հեռախոսներ` իրենց չափսերով մոտ բջջայիններին: Փոքր հապաղումները ապահովում են ձայնային ինֆորմացիայի ավելի հարմարավետ ընկալում: Փոքր ռադիոծածկույթով ցածրուղեծրային արբանյակների մեծ քանակությունը ենթադրում է համակարգի բարձր գումարային տարողունակություն` շնորհիվ կապուղու հաճախությունների բազմակի օգտագործման [3]:

Գեոստացիոնար արբանյակային համակարգերը պահանջում են նվազագույն թվով արբանյակներ: Սակայն նմանատիպ ապարատները շատ թանկ են: Շնորհիվ բարձր ուղեծրի (մոտ 37 000 կմ երկրի մակերևույթից), յուրաքանչյուր արբանյակ ծածկում է հսկայական տարածք, սակայն կապուղու բազմակի օգտագործման հնարավորությունները ավելի քիչ են, քան ցածրուղեծրային արբանյակներով համակարգերի դեպքում: Լրացուցիչ դժվարություններ է առաջացնում էական հապաղումը, որը ներմուծվում է դեպի գեոստացիոնար արբանյակ և ետ ազդանշանի անցման ճանապարհի երկարությամբ (մինչև 0.5 վրկ): Նմանատիպ հապաղումը վատացնում է ձայնի ընկալումը: Ցածր և գեոստացիոնար ուղծիրների միջև փոխհամաձայնություն են առաջարկում միջանկյալ շրջանաձև ուղեծիրներով համակարգերը (Intermediate Circualr Orbit, ICO): Այդ համակարգերի համար պահանջվում է արբանյակների օպտիմալ քանակ, իսկ ներմուծվող հապաղումը համարվում է ընդունելի:

1.6. Բջջային շարժական կապի գաղափարը

Ընդհանրապես շարժական օբյեկտների հետ կապի ցանցերը կարող են ունենալ շառավղային, շառավղա - տարածքային և բջջային կառուցվածք:

Շառավղային համակարգերը հիմնված են մեկ կենտրոնական վերգետնյա ռադիոկայանի օգտագործման վրա, որն ունի ազդեցության բավական մեծ շառավիղ (50..100 կմ): Ցանցի շառավղա - տարածքային կառուցվածքի ժամանակ սպասարկման գոտին բաժանվում է հատվածների, որոնցից յուրաքանչյուրում կիրառվում է ազդանշանների հաղորդման շառավղային սկզբունքը:

Շառավղային ցանցերին բնորոշ են մի շարք թերություններ, որոնցից հիմնականներն են սպասարկման գոտու սահմանափակ լինեը, առկա հաճախային ռեսուրսի ոչ ռացիոնալ օգտագործումը, փոխադարձ աղավաղումների առաջացման հետևանքով սպասարկվող բաժանորդների թվի էական աճի անհնարին լինելը և այլն: Շառավղային համակարգերում ինֆորմացիայի հաղորդման համար հատկացվում է հաճախային տիրույթ: Այդ տիրույթում կազմակերպվում են թողարկման շերտով կապուղիներ: Այդ դեպքում նշված տիրույթում կապուղիների թիվը`

Հենց այդ թիվն է սահմանելու ռադիոկապից օգտվող բաժանորդների թվաքանակը:

Սահմանափակ հաճախային ռեսուրսի պայմաններում կապուղիների թվաքանակի վրա դրվող սահմանափակումների հաղթահարման համար առաջարկվեց ռադիոկապի ցանցերի կառուցման բջջային գաղափարախոսությունը, որը թույլ էր տալիս օգտագործել միևնույն հաճախությունները մի քանի գոտիներում (բջիջներում), որոնք միմյանցից գտնվում էին բջջի չափսերից կախված հեռավորության վրա [4]:

Բջջային կապի համակարգերը շարժական կապի համակարգեր են, որոնք իրականացնում են երկկողմանի անլար կապ համակարգի ֆիքսված հատվածի`համապատասխան մասում տեղակայված բազային կայանի (ԲԿ) և շարժական կայանների (ՇԿ) միջև, որոնք տեղաշարժվում են բազային կայանների համակարգի կողմից ընդգրկված տարածքով: Բջջային շարժական կապի համակարգի ծածկույթի գոտին բաժանված է ենթագոտիների, որոնք սպասարկվում են, որպես կանոն այդ տարածքների կենտրոնում գտնվող բազային կայանների կողմից: Մեկ բազային կայանի ծածկույթի գոտին կարելի է պայմանականորեն պատկերել կանոնավոր վեցանկյան տեսքով: Նկ.1.5-ում բերված է համակարգի ռադիոծածկույթի գոտին վեցանկյուն բջիջների բաժանման օրինակ: Համակարգի սպասարկման գոտու բջիջների բաժանման պատճառը եզակի բազային կայանի ոչ բավարար տարողունակությունն է, որն օժտված կլիներ բավական մեծ հզորությամբ և կկարողանար նույն սահմանափակ հաճախային շերտում ապահովել ողջ տարածքի ռադիոծածկույթը, ինչպես և ԲԿ-ների համակարգը: Տարողունակություն ասելով հասկանում ենք 1 Հց և 1 կմ²-ին բաժին ընկնող համակարգի կողմից միաժամանակ սպասարկվող շարժական կայանների առավելագույն թիվը:

Համակարգի սպասարկման գոտու բաժանումը բջիջների և դրանց համարակալումը թույլ կտա բազմակի անգամ օգտագործել կապուղիները, եթե այդ կապուղիները համապատասխան կերպով տեղաբաշխել M տիպի բջիջներով: Այդ ժամանակ միաժամանակ սպասարկվող շարժական կայանների թիվն էապես կաճի և, կոպիտ ասած, բջջային կապի համակարգի տարողունակությունը մեկ բազային կայանով համակարգի տարողունակության համեմատ կաճի ուղիղ համեմատական ծածկույթի գոտու յուրաքանչյուր կապուղու բաժանորդների թվին: Մեկ բջջի մակերեսը ավելիք փոքր է, քան ողջ համակարգի սպասարկման գոտին, այդ իսկ պատճառով մեկ բջջի բազային կայանի գեներացված հզորությունը շատ ավելի փոքր է, քան ողջ տարածքը սպասարկող եզակի բազային կայանի հզորությունը: Հետևաբար, մոտակա բազային կայանի հետ կապված շարժական կայանի հզորությունը բջջային համակարգում ավելի փոքր է հզոր եզակի բազային կայանով համակարգի շարժական կայանի հզորությունից: Նկատենք, որ նկ.1.5-ում բջիջները համարակալված են այնպես, որ միևնույն համարով նշված բջիջների միջև հեռավորությունը լինի առավելագույն: Նման կերպով հաջողվում է նվազեցնել նույն հաճախային կապուղով հաղորդվող ազդանշանների փոխադարձ ազդեցությունը: Այդ երևույթը կոչվում է ներկապուղային աղավաղում (co-channel interference) և հանդիսանում է շարժական բջջային համակարգի բնութագրական առանձնահատկություններից մեկը:

Շկ-ի ԲԿ-ի սպասարկման գոտու հատման դեպքում տեղի է ունենում սպասարկման ավտոմատ (և բաժանորդի համար աննկատ) փոխանջատում մեկ բազային կայանից մեկ այլ բազային կայանի: Այդ գործընթացը կոչվում է հէնդովեռ (handover կամ hand-off): Նոր բազային կայանին միացման աննկատ հաղորդման և նոր և հին բազային կայանների միջև սպասարկումների բազմակի անցումներից խուսափելու համար կիրառվում է հիստերեզիսի կանոնը: Դա նշանակում է, որ միացումը տրվում է նոր ԲԿ-ին, եթե դրանից ընդունված ազդանշանի մակարդակը գերազանցում է ընթացիկ բազային կայանից ստացվող ազդանշանին` սահմանված շեմային մակարդակով:

Շարժական կապի բջջային համակարգերի կառուցման գաղափարախոսությունը մշակվել էր նախորդ դարի 70-ական թվականներին, սակայն բջջային համակարգերի ներդրումը սկսվեց միայն այն ժամանակ, երբ հնարավոր դարձավ բաժանորդների ընթացիկ դիրքի ստույգ հայտնաբերումը և մեկ բջջից մյուսը անցնելիս կապի անընդհատության ապահովումը:

Հարևան բազային կայանների միջև շարժական կայանի միացումների դինամիկ հաղորդումը պահանջում է ԲԿ-ի և ՇԿ-ի կողմից գեներացվող և ընդունվող հզորությունների չափման և ղեկավարման բարդ գործընթացներ: Եթե շարժական կայանը մասնակցում է նման չափումներին և միացման հաղորդման վերաբերյալ որոշումների ընդունմանը, ինչը տեղի ունի, օրինակ, երկրորդ սերնդի բջջային համակարգերում (GSM, IS-136), ապա այդպիսի գործընթացը կոչվում է կիսաավտոմատ հէնդովեռ:

Համակարգի սպասարկման տարածքի սահմաններում բաժանորդի դիրքի փոփոխման կարևոր հետևանք է կոնկրետ շարժական կայանի ճիշտ դիրքորոշումը`կապի հաստատման նպատակով: Միացված և սպասման ռեժիմում գտնվող ՇԿ-ն պետք է պարբերաբար թարմացնի իր գտնվելու վայրի մասին ինֆորմացիան`մատնանշելու համար կապի համակարգում իր ներկայությունը:

1.7. Դեպի տեղային հաշվողական ցանցեր անլար մուտքի համակարգեր

Վերջին տարիներին հայտնվեց շարժական կապի համակարգերի նոր տարակարգ: Անլար տեխնոլոգիաները կիրառվեցին դեպի համակարգչային ցանցեր մուտք գործելու համար: WLAN (Wirless Local Area Network) անվանումը ստացած այդպիսի համակարգերի աշխատանքի պայմանները և խնդիրները տարբերվում են վերը նկարագրվածներից: Նախ ենթադրվում է, որ այդպիսի համակարգի սպասարկման գոտին և բաժանորդի շարժունակությունը բավական սահմանափակ են: Շարժական կայանների ճառագայթվող հզորությունը շատ փոքր է, և ենթադրվում է, որ բազային կայանի կամ այլ շարժական տերմինալի հետ ուղղակի կապը կարող է իրականացվել նվազագույն հեռավորությունների վրա:

WLAN ցանցերում օգտագործվում է մի քանի հաճախային տիրույթ: Որոշ համակարգեր աշխատում են ISM (Industrial, Scientific and Medical - «արդյունաբերական, գիտական և բժշկական») տիրույթում, ուրիշներն օգտագործում են 5 ԳՀց տիրույթը: Առկա է տվյալների լայնաշերտ հաղորդման համար այլ հաճախային տիրույթների օգտագործման հնարավորություն:

Բավական հետաքրքիր է WLAN և շարժական ռադիոկապի այլ համակարգերի ցանցի կառուցվածքի տարբերությունը: Գոյություն ունեն WLAN համակարգերի զանազան կոնֆիգուրացիաներ, սկսած բազային կայաններով և գլխավոր կոնտրոլերով հստակ կառուցվածքից և վերջացրած յուրահատուկ ցանցերով` առանց հատկացված գլխավոր կայանի, որտեղ բոլոր շարժական կայանները կարող են անմիջականորեն կապվել միմյանց հետ:

Գլուխ 2. Թվային կապի համակարգերի տարրերը

2.1. Թվային կապի համակարգի մոդելը

Դիտարկենք թվային կապի համակարգի ընհանրացված մոդելը, որը բերված է նկ.2.1-ում: Համակարգի կառուցվածքը սահմանում է ձայնային ազդանշանի մշակման անհրաժեշտ գործընթացները, իսկ բնութագրերը` ձայնային ազդանշանների հաղորդման համակարգերի սպեկտրային և էներգետիկ հատկանիշները:

Աղբյուրը գեներացնում է հաղորդագրություններ, որոնք ժամանակի անընդհատ ֆունկցիաներ են, կամ դիսկրետ ազդանշանների հոսքեր: Ժամանակի մեջ անընդհատ ազդանշանի օրինակ է համարվում մարդկային ձայնը հաղորդող անալոգային ազդանշանը: Անալոգային համակարգերում մարդկային ձայնը ներկայացնող ազդանշանը մոդուլացնում է սինուսոիդային ազդանշանի որևէ պարամետր, օրինակ, ամպլիտուդը կամ հաճախությունը: Երկրորդ սերնդի շարժական կապի համակարգերում ձայնային ազդանշանը հաղորդվում է թվային տեսքով: Արդյունավետ թվային ներկայացման համար ձայնային ազդանշանը հաջորդաբար ենթարկվում է անալոգա - թվային ձևափոխման (ԱԹՁ) և աղբյուրի կոդավորիչում հավելուրդի կրճատմամբ կոդավորման: Օպտիմալ աղբյուրի կոդավորիչը «համաձայնեցնում է» երկուական հաջորդականությունների երկարությունը հաղորդագրության աղբյուրի վիճակագրական հատկությունների հետ: Աղբյուրի կողմից գեներացվող ինֆորմացիայի առավել արդյունավետ ներկայացման համար լայնորեն կիրառվում է սեղմումը: Արդյունավետությունն արտահայտվում է մեկ հաղորդագրության կոդավորման համար պահանջվող բիթերի միջին քանակության կրճատումով:

Թվային տեսքի ձևափոխված ազդանշանի կարևորագույն բնութագրերից է հաղորդման թվային R_թ արագությունը, որը չափվում է միավոր ժամանակում ԱԹՁ-ի ելքում ձևավորվող սիմվոլների քանակով: Աղբյուրի կոդեռում ինֆորմացիայի սեղմման արդյունքում թվային հոսքի արագությունը բազմակի անգամ կրճատվում է` ձայնի հաղորդման ընդունելի որակի պահպանման դեպքում:

Հաջորդ փուլում կոմպակտ տեսքով ներկայացված ձայնային ազդանշանը ենթարկվում է մի շարք ձևափոխությունների, որոնցից հիմնականը աղմկակայուն կոդավորումն է: Բանն այն է, որ կապուղիներում տեղի ունեցող որոշ ֆիզիկական երևույթներ բերում են ազդանշանների ընդունման ժամանակ սխալների առաջացման: Այդ սխալները կարելի է ներկայացնել որպես հաղորդված և վերականգնված երկուական հաջորդականությունների միջև տարբերություն: Հայտնաբերելու և հնարավորության սահմաններում շտկելու համար այդ սխալները կիրառվում են կապուղու կոդավորիչը հաղորդչում և ապակոդավորիչը ընդունիչում: Երկուական հաջորդականության ինֆորմացիոն բլոկներին ավելացվում են հատուկ կերպով ընտրված որոշակի քանակությամբ ստուգիչ բիթեր: Այդ բիթերի արժեքները հաշվարկվում են` ինֆորմացիոն բիթերի` ըստ մոդուլ 2-ի գումարման եղանակով, այնպես, որ դրանց միջև գոյություն ունենա հանրահաշվական փոխկապվածություն, ինչը թույլ կտա հայտնաբերել և շտկել հնարավոր սխալները: Սխալների հայտնաբերումը և շտկումը լայնորեն կիրառվում է շարժական կապի համակարգերում:

Հնարավոր սխալներից պաշտպանված երկուական հոսքը տրվում է մոդուլյատորին: Մոդուլյատորը սինուսոիդալ ազդանշան (կրող) ձևավորող բլոկ է, որի պարամետրերը (ամպլիտուդ, հաճախություն կամ փուլ) մոդուլացման ժամանակ փոփոխվում են մուտքին եկած թվային հաջորդականության երկուական տվյալների տրամաբանական արժեքներին համապատասխան:

Մոդուլացում իրականցնող մոդեմը յուրահատուկ ինտերֆեյս է, որը համաձայնեցնում է համակարգի դիսկրետ մասը իր անընդհատ մասի` ռադիոբլոկի և ֆիզիկական կապուղու հետ: Մոդուլացման արդյունքում ինֆորմացիա կրող ազդանշանը տեղափոխվում է ռադիոտիրույթի համապատասխան հատված և ձեռք է բերում հստակ արտահայտված սպեկտրային պարամետրեր: Այստեղ անհրաժեշտ է արդյունավետ օգտագործել հատկացված սպեկտրային ռեսուրսները` չաղավաղելու համար սպեկտրի հարևան հատվածներում օգտատերերի հաղորդած ազդանշանները: Համաձայն Կ. Շենոնի, կոնկրետ թվային կապի համակարգին հատկացված սահմանափակ թողարկման շերտի արդյունավետ օգտագործման համար հարկավոր է ընդլայնել ազդանշանի սպեկտրն այնքան ժամանակ, քանի դեռ ազդանշանի մակարդակը բարձր է աղմուկի մակարդակից: Նման մոտեցումը կիրառվում է սպեկտրի ընդլայմամբ համակարգերում:

Էլեկտրամագնիսական սպեկտրը արժեքավոր և թանկ ռեսուրս է, որի պատճառով յուրաքանչյուր համակարգ պետք է օգտագործի իրեն հատկացված հաճախային տիրույթում հնարավորինս առավելագույն թվով սեփական կապուղիներ:

Ռադիոբլոկը կամ այլ կերպ բարձրհաճախային (ԲՀ) բլոկն աշխատում է ռադիոհաճախային տիրույթում և ուժեղացնում է ազդանշանը մինչև անհրաժեշտ մակարդակի: Ազդանշանի շերտի լայնությունը կախված է մոդուլացման ընտրված տիպից և բազմակի մուտքի մեթոդից: Շարժական կապում կիրառվող ԲՀ ուժեղարարին ներկայացվող հիմնական պահանջներից է էներգասպառման սահմանափակումը, այդ իսկ պատճառով ԲՀ ուժեղարարը պետք է օժտված լինի մեծ դինամիկ տիրույթով (դիապազոնով) և ստիպված է գործել իր բնութագրերի ոչ գծային տեղամասում: ԲՀ ուժեղարարի կողմից մտցվող ոչ գծային աղավաղումները կոմպենսացվում են հաստատուն կամ դանդաղ փոփոխվող պարուրիչով մոդուլացման մեթոդների կիրառման միջոցով:

Շարժական կապի համակարգերում հաղորդիչը ճառագայթում է ազդանշանը տարածության մեջ անտենայի օգնությամբ: Կապուղու հատկությունները սերտորեն կապված են հաղորդիչ և ընդունիչ անտենաների տիպերի հետ: Կարևոր դեր են խաղում անտենայի ուղղված գործողության և ուժեղացման պարամետրերը:

Ընդունիչում իրականացվող ձևափոխությունները հակադարձ են հաղորդչում կատարվող ձևափոխություններին: ԲՀ բլոկի կասկադներում ուժեղացումից և զտումից հետո, ընդունված ազդանշանը դեմոդուլացվում է: Կիրառվող դեմոդուլյատորի տիպի ընտրության վրա մեծ ադեցություն է թողնում ընդունիչի գնային իրականացման գործոնը: Դեմոդուլյատորի հիմնական խնդիրը ԲՀ մշակումից հետո ստացված մոդուլացված ազդանշանից իմպուլսների հաջորդականության առանձնացելն է: Այդ իմպուլսների հիման վրա դեմոդուլյատորն առանձանցնում է ընդունված ազդանշանից տվյալների հաղորդված սիմվոլները և դրանք ձևափոխում է երկուական հաջորդականությունների:

Կապուղու ապակոդավորիչն, օգտագործելով կոդավորիչի կողմից մտցված հավելուրդային բիթերը, ինչպես նաև ընդունված ազդանշանի հավաստիության մասին լրացուցիչ ինֆորմացիան, սահմանում է կոդային հաջորդականությունը: Ստացված կոդային հաջորդականությունից առանձնացվում է երկուական ինֆորմացիոն բաղադրիչը:

Ապակոդավորված ազդանշանը ձևափոխվում է աղբյուրի դեկոդերում և թիվ-անալոգ ձևափոխումից (ԹԱՁ) հետո տրվում է ուժեղարարին և բարձրախոսին, որից հետո էլ ինֆորմացիայի ընդունիչին:

Կապի ցանցերով ձայնի հաղորդման պրոցեսին ներկայացվող հիմնական պահանջներն ազդանշանի բարձր որակը և փոքր ժամանակային հապաղումն է: Ձայնի որակը սերտորեն կապված է ձայնի կոդավորիչի ելքում թվային հոսքի արագության հետ, մինչդեռ ձայնի կոդավորման առավել բարդ ալգորիթմներն ունակ են հասնելու որակի և թվային հոսքի արագության հարաբերության առավել մեծ արժեքների:

Հաղորդման ժամանակ ազդանշանի սեղմումը կրճատում է հաղորդվող տվյալների ծավալը, որի շնորհիվ կրճատվում է ծառայությունների գինը: Ակնհայտ է, որ ինչքան կատարյալ է ձայնային ազդանշանի կոդավորման ալգորիթմը, այնքան բարդ է այն իրագործել: Բարդությունը պայմանավորված է բաժանորդային տերմինալի միկրոսխեմաներում իրական ժամանակում կոդավորման և ապակոդավորման պրոցեսների վերարտադրմամբ: Մշակման արագությունը չափվում է վայրկյանում միլլիոնավոր գործողություններով (MIPS): Հաջողությունները ազդանշանների թվային մշակման (DSP) և գերմեծ ինտեգրալ սխեմաների տեխնոլոգիաներում թույլ են տալիս ձայնի կոդավորման/ ապակոդավորման առավել բարդ ալգորիթմներն իրականացնել նույնիսկ մեկ բյուրեղային պրոցեսորներում: Մշակման բարդությունն ազդում է նաև կոդեկի ֆիզիկական չափերի, գնի, սպառվող հզորության, ինչպես նաև կոդեկում ազդանշանի բուֆերացման ժամանակային հապաղման արժեքի վրա: Հեռարձակման համակարգերում հաղորդման և ընդունման տրակտներում ձայնային ազդանշանի հապաղումը մեծ նշանակություն չունի, սակայն հեռախոսային կապուղում ազդանշանի նշանակալի ուշացումը էապես նվազեցնում է ձայնի ընկալման որակը: Իրական ժամանակային հապաղումները կազմում են 125 մկվրկ-ից մինչև 100 մվրկ: Հեռախոսակապում սահմանային թույլատրելի է համարվում 400 մվրկ-ի կարգի հապաղումը: GSM ստանդարտում, օրինակ սինքրոնացման համակարգը նախատեսված է ազդանշանների մինչև 233 մկվրկ կարգի հապաղումների կոմպենսացման համար, ինչը համապատասխանում է բջջի առավելագույն 35 կմ շառավղին:

Պատմականորեն ձևավորվել է ձայնի կոդավորման երկու ուղղություն` ձայնային ալիքի տեսքի կոդավորում (waveform coding), որը նաև անվանում են ձայնային ազդանշանի տեսքի մոտարկում, և ձայնի պարամետրական կոմպանդավորում, որը երբեմն անվանում են ազդանշանի աղբյուրի կոդավորում (source coding) [5]:

Առաջին մեթոդում ազդանշանի տեսքի կոդեռը մոտարկում է ձայնային ազդանշանի տեսքը ժամանակի մեջ: Այս մեթոդը հիմնված է ձայնային ազդանշանի վիճակագրական հատկությունների կիրառման վրա և կախված չէ ազդանշանի ձևավորման մեխանիզմից: Այս տիպի կոդավորիչներն ապահովում են ձայնի հաղորդման բարձր որակ, սակայն այս դեպքում թվային հոսքի արագությունը հազվադեպ է փոքր լինում 32 կբիթ/վրկ-ից: Ազդանշանի տեսքի կոդավորման ժամանակ գրեթե հաշվի չեն առնվում մարդու ձայնարտաբերման ապարատի և լսողական ընկալման առանձնահատկությունները, մինչդեռ հենց այստեղ են կենտրոնացված ձայնային ազդանշանի հավելուրդի էական պաշարներ: Ուստի 16 կբիթ/վրկ և փոքր արագություններով ձայնի կոդավորման, առաջին հերթին` բջջային և անհատական արբանյակային թվային կապի համակարգերի համար լայնորեն կիրառվում են ձայնի պարամետրական կոմպանդավորման զանազան եղանակներ (աղ.2.1):

Ձայնային աղբյուրի համար հաղորդման նվազագույն հնարավոր արագություն ապահովող կոդեկների ստեղծումը պայմանավորված է մի շարք պատճառներով: Առաջին հերթին ձայնը բարդ տեսքի տատանումներ են, որոնք կախված են արտասանվող բառերից, ձայնի տեմբրից, խոսողի սեռից և տարիքից: Բացի այդ, մարդու կողմից ձայնային ազդանշանի ընկալման որակի չափանիշը տարբերվում է ընդունված միջին քառակուսային սխալանքի չափանիշից, հետևաբար, օգտվել ինֆորմացիայի հաղորդման տեսության արդյունքներից ձայնային ազդանշանի աղբյուրի բնութագրերի հաշվարկման համար, բավական բարդ է:

Ձայնի վոկոդեռային կոդավորման մեթոդի դեպքում ազդանշանի վերականգնումն իրականացվում է խոսքի ձևավորման և մարդու կողմից ընկալման առանձնահատկությունների վերլուծության հիման վրա, սակայն վերականգնված ազդանշանի տեսքը կարող է տարբերվել ելակետային ազդանշանի տեսքից: Վոկոդեռային կոդավորման սկզբունքային տարբերությունը տեսքի կոդավորումից այն է, որ կապուղով հաղորդվում է ոչ թե հենց ազդանշանը, այլ դրա ձևավորման մոդելի պարամետրերը: Սովորաբար վոկոդեռային կոդավորման դեպքում ձայնային ազդանշանի թվայնացումն իրականացվում է շատ ցածր արագությունների վրա, դրա հետ մեկտեղ վերականգնված ձայնում առաջանում են «մետաղական » հնչյուններ:

Գնահատելով կոդավորման նախորդ մեթոդների առավելություններն ու թերությունները, մասնագետները մշակեցին նոր մեթոդ, որը ստացավ հիբրիդային անվանումը: Այս մեթոդն իրականացնող սարքերը սկզբում կատարում են ձայնային ազդանշանի դիսկրետացում, այնուհետև ենթարկում են վերլուծության, ինչպես վոկոդեռային մեթոդի դեպքում: Սակայն ձայնային ազդանշանի վերլուծված պարամետրերն անմիջապես հաղորդելու փոխարեն, հիբրիդային կոդավորիչները դրանք օգտագործում են վերականգնման համար, իսկ այնուհետև համեմատում են ստացված ազդանշանը ելակետայինի հետ, և, եթե առկա են էական տարբերություններ, դրանք վերացվում են համապատասխան պարամետրերի ընտրման միջոցով:

Ներկայումս հիբրիդային կոդավորման մեթոդը լայնորեն կիրառվում է թվային շարժական կապում: Այդ մեթոդի վրա հիմնված հանհրահայտ տեխնոլոգիան կիրառվում է GSM ստանդարտի շարժական հեռախոսային կապում:

2.2. Բազմակի մուտքի մեթոդներ

Բազմակի մուտք հասկացությունը (multiple access) կապված է սպեկտրի սահմանափակ տեղամասի` բազմաթիվ բաժանորդների կողմից համատեղ օգտագործման կազմակերպման հետ: Լայնորեն կիրառվում են բազմակի մուտքի երեք մեթոդ.

1. Հաճախային բաժանմամբ բազմակի մուտք (FDMA-Frequency Division Multiple Access) - բազմակի մուտքի մեթոդներից ամենապարզն է ինչպես մտահաղացմամբ, այնպես էլ իրականացման հնարավորությամբ: Այդ մեթոդում յուրաքանչյուր բաժանորդին կապի սեանսի ժամանակ հատկացվում է իր հաճախային շերտը, որին բաժանորդը միարժեքորեն տնօրինում է (նկ.2.2):

FDMA մեթոդը կիրառվում է բջջային կապի բոլոր անալոգային համակարգերում. այդ մեթոդը միակն է, որը նպատակահարմար է օգտագործել անալոգային համակարգերում, ընդ որում, հաճախային շերտը կազմում է 10…30 կՀց: FDMA մեթոդի հիմնական թույլ կողմը հաճախային շերտի ոչ բավարար արդյունավետ օգտագործումն է: Այդ արդյունավետությունը էապես բարձրացվում է` ավելի կատարյալ կապուղիների ժամանակային բաժանման մեթոդին անցնելով:

2. Կապուղիների ժամանակային բաժանմամբ բազմակի մուտքը (TDMA-Time Division Multiple Access) մտահաղացմամբ բավականին պարզ է, սակայն իրականացմամբ ավելի բարդ է, քան նախորդ մեթոդը: Մեթոդի էությունն այն է, որ յուրաքանչյուր հաճախային կապուղի ժամանակի մեջ բաժանվում է մի քանի բաժանորդների միջև, այսինքն հաճախային կապուղին հաջորդաբար հատկացվում է մի քանի բաժանորդների` որոշակի ժամանակահատվածով (նկ.2.3):

Այս մեթոդի դեպքում ժամանակի հիմնական միավորը կոչվում է կադր (frame), որը բաժանված է ֆիքսված քանակությամբ ժամանակային միջակայքերի (slot): Միաժամանակ սպասարկվող բաժանորդների առավելագույն թվաքանակը հավասար է կադրում ժամանակային միջակայքերի քանակին: Սովորաբար բաժանորդների թիվը մի քիչ ավելի փոքր է, քանի որ որոշ սլոթներ կիրառվում են սինքրոնացման և վերահսկման նպատակով, ուստի կադրերը հաճախ միավորվում են ավելի բարձր մակարդակի այնպիսի կառուցվածքներում, ինչպիսիք են` մուլտիկադրերը, սուպերկադրերը և այլն:

Ստույգ ասած, նկ.2.3-ում բերված սխեման համապատասխանում է ոչ թե «մաքուր» TDMA մեթոդին, այլ FDMA-TDMA համադրությանը, քանի որ այստեղ դիտարկվում է ոչ թե մեկ, այլ մի քանի հաճախային կապուղիների դեպքը, որոնցից յուրաքանչյուրը ժամանակի մեջ բաժանվում է մի քանի բաժանորդների միջև: Սակայն հենց այդպիսի սխեման է գործնական կիրառում գտել բջջային կապի համակարգերում: Նկ.2.4-ում արտացոլված է նշված երկու մեթոդի հիմնական տարբերությունը:

TDMA մեթոդի գործնական իրականացման համար պահանջվում է ազդանշանների ձևափոխում թվային տեսքի և ժամանակի մեջ ինֆորմացիայի սեղմում: Նշենք, որ ժամանակային բաժանումը կարող է նաև կիրառվել միևնույն հաճախային շերտում դուպլեքս կապի ուղիղ և հակադարձ կապուղիների իրականացման համար (TDD-Time Disvision Duplex): Նման տեխնիկական լուծումը սովորաբար կիրառվում է ոչ լարային հեռախոսակապում: Բջջային կապում սովորաբար կիրառվում է ըստ հաճախության դուպլեքս բաժանումը (FDD-Frequency Division Duplex), այսինքն` ուղիղ և հակադարձ կապուղիները զբաղեցնում են իրար նկատմամբ շեղված տարբեր հաճախային շերտեր:

3. Մուտքի երրորդ տարատեսակը կոչվում է կոդային բաժանմամբ բազմակի մուտք (CDMA-Code Division Multiple Access): Այն տրամադրում է բաժանորդների խմբին (30-ից մինչև 50) ընդհանուր հաճախային շերտ 1 ՄՀց-ից ոչ պակաս լայնությամբ:

CDMA մեթոդի հիմնական առանձնահատկությունը աշխատանքն է ձայնային ազդանշանի շերտի լայնությունը գերազանցող լայն հաճախային շերտում`յուրաքանչյուր ֆիզիկական կապուղու ինֆորմացիայի այնպիսի կոդավորման համադրությամբ, ինչը թույլ կտա այն առանձնացնել միաժամանակ բոլոր ֆիզիկական կապուղիների կողմից օգտագործվող ընդհանուր հաճախային շերտից:

CDMA մեթոդն իրագործող համակարգը ընդլայնված սպեկտրով համակարգ է (spread spectrum)` ինֆորմացիոն հաղորդագրության սպեկտրը արհեստականորեն ընդլայնվում է բավական փոքր դիսկրետներով իմպուլսների պարբերական պսեվդոպատահական հաջորդականությամբ (ՊՊՀ) մոդուլացման միջոցով: Նշված իմպուլսների հաջորդման հաճախությունը գործնական համակարգերի դեպքում կազմում է 1,2288 ՄՀց [6]: Եթե ընդլայնող կոդերն ընտրենք այնպես, որ դրանց փոխադարձ կոռելյացիան հավասար լինի 0-ի, ապա կարելի է առանձնացնել կոնկրետ բաժանորդի ազդանշանը զանազան բաժանորդների ազդանշանների խառնուրդից: Այս դեպքում բոլոր բաժանորդները զբաղեցնում են միևնույն հաճախային շերտը և անընդհատ հաղորդում են երկուական տվյալները պսեվդոպատահական հաջորդականությունների տեսքով`մոդուլացված ինֆորմացիոն ազդանշաններով (նկ.2.5):

Ազդանշանի մոդուլացման համար օգտագործվում է երեք տիպի ֆունկցիա` «կարճ» և «երկար» ՊՊՀ և 0-ից մինչև 63 կարգի Ուոլշի ֆունկցիաներ: Կարճ ՊՊհ-ի երկարությունը կազմում է 2¹⁵-1 = 32767 նիշ, իսկ երկարինը`2⁴²-1=4.4*10¹² նիշ: Բոլոր երեք մոդուլացնող ֆունկցիաների համար դիսկրետի երկարությունը նույնն է և համապատասխանում է դիսկրետների հաջորդման 1,2288 ՄՀց հաճախությանը:

Ուղիղ կապուղում (բազային կայանից դեպի շարժական) Ուոլշի ֆունկցիաներով ազդանշանի մոդուլացումը կիրառվում է տվյալ բազային կայանի ֆիզիկական կապուղիների տարանջատման նպատակով: Երկար ՊՊՀ-ով մոդուլացումն ապահովում է հաղորդագրությունների գաղտնագրումը, իսկ կարճ ՊՊՀ-ի կիրառումը թույլ է տալիս ընդլայնել հաճախային շերտը և տարբերել զանազան բազային կայանների ազդանշանները (նկ.2.6): Բոլոր բազային կայանները օգտագործում են նույն կարճ ՊՊՀ-ների զույգը, սակայն զանազան կայանների միջև 64 դիսկրետ շեղմամբ, իսկ մեկ բազային կայանի բոլոր ֆիզիկական կապուղիներն ունեն հաջորդականության միևնույն փուլը:

Հակադարձ կապուղում (շարժականից դեպի բազային կայան) կարճ ՊՊՀ-ով ազդանշանի մոդուլացումը կիրառվում է սպեկտրի ընդլայնման նպատակով, ընդ որում, բոլոր շարժական կայաններն օգտագործում են զրոյական շեղմամբ ՊՊՀ-ի միևնույն զույգը: Երկար ՊՊՀ-ով մոդուլացումը հաղորդագրության գաղտնագրումից բացի, ինֆորմացիա է պարունակում շարժական կայանի վերաբերյալ կոդավորված անհատական համարի տեսքով և ապահովում է մեկ բջջի տարբեր շարժական կայանների ազդանշանների տարանջատումը (նկ.2.7):

Տեսականորեն այս մեթոդը հնարավորություն է տալիս առանձնացնել մեկ բաժանորդի ինֆորմացիան այնքան ժամանակ, քանի դեռ կիրառվող կոդերը փոխադարձ օրթոգոնալ են: Ցավոք, կապուղիները հաճախ ենթարկվում են ռադիոալիքների բազմաալիքային տարածման էֆեկտին, ինչը հանգեցնում է ընդունիչի մուտքին ազդանշանների օրթոգոնալության կորստին: Շատ դժվար է գտնել մեծ թվով ընդլայնող հաջորդականություններ, որոնք փոխադարձ օրթոգոնալ են և միաժամանակ պահպանում են օրթոգոնալությունը ժամանակի մեջ շեղման ընթացքում:

CDMA մեթոդն առանձնանում է բարձր գաղտնիությամբ, չի օգտագործում հաճախային պլանավորում, ապահովում է սպասարկման «մեղմ» փոխանցում, սակայն նշվածը պահանջում է բավական բարդ տեխնիկական լուծումների կիրառում` ազդանշանների մակարդակի հստակ կարգավորում, ձայնային ակտիվության մշակում, բազային կայանների ստույգ սինքրոնացում և այլն: Վերջինս կարող է իրականացվել արբանյակային գեոդեզային GPS (Global Positioning System) համակարգի միջոցով, սակայն դրա արդյունքում համակարգը կդառնա ոչ ավտոնոմ:

CDMA մեթոդը կարող է կիրառվել բազմակի մուտքի այլ մեթոդների համադրությամբ: CDMA/ FDMA համադրման դեպքում համակարգին հատկացված ողջ տիրույթը բաժանվում է որոշակի քանակությամբ հաճախային շերտերի և յուրաքանչյուրում կիրառվում է CDMA մեթոդը: TDMA/ CDMA-ի դեպքում կոդային հաջորդականությամբ ընդլայնումը կիրառվում է միայն հատկացված ժամանակային միջակայքերում (սլոթներ):

2.3. Տվյալների դուպլեքս հաղորդման եղանակներ

Միակողմանի հաղորդումը բնութագրական է հեռարձակման համակարգերին` օրինակ ռադիո և հեռուստատեսային համակարգերը: Բացի այդ համակարգերից, այն հազվադեպ է կիրառվում թվային և շարժական կապի համակարգերում, քանի որ ինֆորմացիոն հոսքը դեպքերի ճնշող մեծամասնությունում հաղորդվում է երկու ուղղությամբ: Հետևաբար, տվյալների հաղորդման համար պահանջվում է կամ հետադարձ կապուղի, կամ էլ երկկողմ (դուպլեքս) կապուղի: Հետևաբար պետք է լուծել ինֆորմացիայի երկկողմ փոխանակման խնդիրը:

Դուպլեքս ռեժիմի դեպքում հնարավոր է ինֆորմացիայի հաղորդումը կապուղու երկու ուղղությամբ (նկ.2.8): Կապուղին իրականացվում է վերահաղորդիչի միջոցով, որը բազմուղի հաղորդիչ-ընդունիչ կայան է: Սատարելու համար աշխատանքի դուպլեքս ռեժիմը, դյուրակիր բաժանորդային սարքը` բաժանորդային տերմինալը (ԲՏ) կամ շարժական կայանը պարունակում է հաղորդիչ և ընդունիչ տրակտներ, որոնք միաժամանակ աշխատում են տարբերվող հաճախություններով: Հենց ԲՏ-ի օգնությամբ է բաժանորդը «մտնում» կապի համակարգ և կարողանում է օգտվել շարժական կապի ծառայություններից: Օրինակ, նկ.2.8-ում պատկերված կապուղին կազմակերպված է միևնույն վերահաղորդիչի սպասարկման գոտում գտնվող երկու բաժանորդի ԲՏ-ների միջև:

Վերահաղորդիչի տեղակայման վայրը և տիպը սահմանվում են շարժական կապի համակարգի տեսակով: Օրինակ, բջջային շարժական կապի համակարգերում վերահաղորդիչ է հանդիսանում կոնկրետ բջջի սահմաններում գտնվող բազային կայանը, իսկ անհատական արբանյակային կապի համակարգում տիեզերական ապարատի բորտային վերահաղորդիչը ապահովում է սպասարկման գլոբալ գոտու ձևավորումը:

Դուպլեքս հաղորդման առաջին եղանակում համակարգին հատկացված ողջ սպեկտրը բաժանվում է երկու հակադարձ ուղղության միջև: Նման մոտեցումը կոչվում է հաճախային բաժանմամբ դուպլեքս հաղորդում (Frequency Division Duplex -FDD): Հաղորդման տարբեր ուղղությունների սպեկտրները չպետք է վերածածկվեն, իսկ հաճախային շեղման բաժանիչ տիրույթը կարող է օգտագործվել այլ համակարգերի կողմից: Բազմաթիվ համակարգերում երկու շերտն էլ ունեն միևնույն լայնությունը: FDD-ի կիրառումը նպատակահարմար է երկու ուղղությամբ էլ տվյալների անկախ հաղորդման ապահովման ժամանակ:

Ժամանակային բաժանմամբ դուպլեքս հաղորդման դեպքում (TDD-Time Disvision Duplex) համակարգի ողջ հաճախային տիրույթը կիրառվում է երկու ուղղությամբ էլ տվյալների հաղորդման համար, ընդ որում, տվյալների փաթեթները տարբեր ուղղություններով բաժանված են ժամանակի մեջ: Ինչպես TDMA-ի դեպքում, այստեղ նույնպես կիրառվում է կադրերի համակարգը: TDD-ն կիրառվում է այն դեպքում, երբ ազդանշանի տարածման ժամանակը փոքր է տվյալների բլոկների երկարության համեմատ: Տվյալների հաղորդման ուղղության փոխանջատման համար նախատեսված է պաշտպանիչ միջակայք: Առավել բարդ կապի համակարգերում յուրաքանչյուր ուղղությամբ հաղորդման համար հատկացված ժամանակը կարող է փոփոխվել` կախված մատուցվող ծառայության տեսակից: Նշված իմաստով TDD-ն ավելի ճկուն է և ապահովում է ավելի լավ արտադրողականություն: Նկ.2.9-ում բերված են դուպլեքս հաղորդման երկու մեթոդը:

2.4. Ձայնային ազդանշանների թվային ներկայացումը, իմուլսա-կոդային մոդուլացում

Ազդանշանների թվային մշակումը բջջային կապի սարքային իրականացման կարևորագույն տարրերից է: Կիսահաղորդչային միկրոսխեմատեխնիկայի տարրերի արտադրության ոլորտում առաջընթացը և համապատասխան զանգվածային տարրային բազայի ի հայտ գալը ընձեռեցին ձայնային ազդանշանների թվային մշակման արդյունավետ սարքերի գործնական իրականացման հնարավորություն, որոնք տրամաբանական գործողությունների կատարման բարձր արագության շնորհիվ կարող են աշխատել ժամանակի իրական մասշտաբում:

Ձայնային ազդանշանների թվային մշակման տակ հասկանում ենք դրանց ձևափոխումը թվային սարքերում և համակարգերում: Շարժական կապի համակարգերի դեպքում թվային մշակման հիմնական փուլերը և դրանց հաջորդականությունը հեշտ է որոշել նկ.2.1-ից: Համաձայն այդ մոդելի, հարկ է դիտարկել ազդանշանների անալոգա - թվային ձևափոխությունը, ձայնի և կապուղու կոդավորումը և մոդուլացումը: Միայն թվային տեսքով է հնարավոր իրականացնել ձայնի արդյունավետ կոդավորում, սխալներից պաշտպանության բարձր մակարդակով աղմկակայուն կոդավորում և կիրառել մոդուլացման հաճախա - արդյունավետ մեթոդներ:

Շարժական ռադիոկապի համակարգերում հաղորդվող ձայնի որակը բավական զգայուն է հապաղումների նկատմամբ: Կոդավորման ալգորիթմի բարդության աճին զուգընթաց կոդավորիչ և ապակոդավորիչ սարքերում մեծանում են նաև ժամանակային հապաղումները (մշակման ժամանակը և բուֆերացումը): Բացի այդ, հաղորդման ժամանակ հապաղումների տևողության վրա ազդում են զանազան գործոններ. կոմուտացման միջանկյալ հանգույցների թիվը (եթե հանգույցների թիվը մեծ է հինգից, ապա կապի որակը խիստ ընկնում է), կիրառվող ցանցային արձանագրության տեսակը (FR, ATM), կապի հեռավորությունը (տարածաշրջանային, ազգային, միջազգային), ցանցի ռեսուրսները և գերբեռնվածությունների թիվը: Ձայնային կադրերի միջև առկա շարունակական, երկարատև հապաղումները բերում են խոսակցոության ընդհատմանը, իսկ փոփոխական տևողությամբ հապաղումները` ձայնի ընդհատ հնչմանը և որակի էական նվազեցմանը:

Ինչպես արդեն նշվել էր, տարբերում են ձայնային ազդանշանների կոդավորման երկու եղանակ` տեսքի և պարամետրերի (վոկոդեռային մեթոդ): Ազդանշանի տեսքի կոդավորումը ներկայումս կազմում է թվային հեռախոսակապի հիմքը: Տեսքի կոդավորիչները բնութագրվում են ժամանակի մեջ ազդանշանի հիմնական տեսքի պահպանման հատկությամբ: Նման կոդավորիչները հեշտությամբ աշխատում են ցանկացած տեսքի մուտքային ազդանշանի հետ` ունենալով սահմանափակումներ միայն ըստ ամպլիտուդի և հաճախային շերտի:

Հայտնի են տեսքի կոդավորման բազմաթիվ ալգորիթմներ, որոնք թույլ են տալիս նվազեցնել հաղորդման ինֆորմացիոն արագությունը: Ձայնային ազդանշանների թվային ներկայացման եղանակների ողջ բազմազանությունը կարելի է բաժանել երկու դասի`տեսքի կոդավորում ժամանակային և հաճախային տիրույթներում (նկ.2.10): Առաջին դասակարգման հիմքում ընկած են հետևյալ ֆունկցիոնալ ձևափոխությունները. դիսկրետացում, քվանտացում, կանխատեսում և կոդավորում: Սկզբում առավել մանրամասն դիտարկենք ժամանակային տիրույթում կոդավորումը, այնուհետև հակիրճ քննարկենք նաև հաճախային տիրույթում մշակումը:

2.4.1. Անալոգային ազդանշանների դիսկրետացումը

Սովորաբար թվային ազդանշանը սահմանում են որպես իմպուլսների հաջորդականություն: Եթե պայմանականորեն ընդունենք իմպուլսի գոյության փաստը որպես 1, իսկ բացակայության փաստը` 0, ապա իմպուլսային հաջորդականությունը կարելի է ներկայացնել որպես 0 և 1 թվերի հերթագայում: Այստեղից էլ ի հայտ է եկել «թվային ազդանշան» տերմինը: Թիվը, որն ընդունում է միայն երկու արժեք` 0 և 1, կոչվում է «երկուական թիվ», իսկ անգլերեն` binary digit: Լայն տարածում է գտել այդ բառակապակցության կրճատ`bit տարբերակը: Այսպիսով, թվային ազդանշանում մեկ դիրքը 1 բիթ է, որը կարող է լինել 0 կամ 1: Թվային ազդանշանում ութ դիրքը կազմում է բայթ: Թվային ազդանշանների հաղորդման ժամանակ ներմուծվում է հաղորդման արագության գաղափարը, որը միավոր ժամանակում (վայրկյան) հաղորդվող բիթերի քանակն է:

Ըստ իրենց բնույթի բազմաթիվ ազդանշաններ (հեռախոսային, ֆաքսիմիլային, հեռուստատեսային) թվային չեն: Դրանք անալոգային կամ անընդհատ ազդանշաններ են: Ուստի տրամաբանական է այն հարցը, թե ինչպե՞ս փոխարինել անալոգային ազդանշանը թվերի հաջորդականությամբ` չկորցնելով անընդհատ պրոցեսի վերաբերյալ ինֆորմացիան: Կարելի է արդյո՞ք վերածել կենդանի մարդկային խոսքը զրոների և մեկերի` պահպանելով մարդկային ձայնի երանգների ողջ բազմազանությունը և մարդկային հույզերի ողջ գամման: Այդ ամենը հնարավոր է, եթե հետևենք անալոգային ազդանշանի` թվայինի փոխակերպման որոշակի գործողությունների կատարմանը: Այդ գործողություններից առաջինը դիսկրետացումն է:

Եթե միկրոֆոնի շղթայում (նկ.2.11), որտեղ հոսանքը ժամանակի անընդհատ ֆունկցիա է, ներմուծենք էլեկտրոնային բանալի և պարբերաբար` կարճ ժամանակամիջոցները մեկ փակենք այն, ապա հոսանքը շղթայում կունենա նեղ իմպուլսների տեսք, որոնց ամպլիտուդները կրկնում են անընդհատ ազդանշանի տեսքը, և կներկայացնի դիսկրետ ազդանշան:

ժամանակի որոշակի պահերին (t₀ t₁ t₂...) անալոգային ազդանշանից` արժեքների ընտրանքների բազմությանն անցումը կոչվում է դիսկրետացում (սեմփլավորում): Ընտրանքը հավասար ժամանակահատվածը մեկ անալոգային ազդանշանի ամպլիտուդի ֆիքսման գործընթացն է: Դիսկրետացումը կարելի է համեմատել կինոնկարահանման հետ, որտեղ անընդհատ շարժումը ֆիքսվում է միավոր ժամանակում կադրերի վերջավոր թվով:

t_Դ(T_Դ) ժամանակահատվածը կոչվում է դիսկրետացման միջակայք կամ ընտրանքի միջակայք: 1/ t_Դ հակադարձ մեծությունը (F_Դ) կոչվում է հաշվանքների հերթագայման հաճախություն կամ դիսկրետացման հաճախություն:

Անընդհատ ազդանշանի հաշվանքները պետք է ընտրել այնպիսի հերթագայման հաճախությամբ, որպեսզի հնարավոր լինի հետևել ազդանշանի բոլոր, նույնիսկ ամենաարագ փոփոխություններին: Հակառակ դեպքում այդ ազդանշանի` ըստ դիսկրետ հաշվանքների վերականգնման ժամանակ ինֆորմացիայի մի մասը կկորչի, և վերականգնված ազդանշանի տեսքը կտարբերվի ելակետայինի տեսքից (նկ.2.12): Այդ դեպքում ընդունիչ կողմում ձայնը կընկալվի աղավաղումներով:

Ակնհայտ է, որ ինչքան հաճախ են վերցվում ընտրանքները, այնքան ավելի ստույգ կարտացոլվի ֆունկցիայի փոփոխման բնույթը: Սակայն շահավետ չէ շատ մեծացնել դիսկրետացման հաճախությունը, քանի որ այդ դեպքում հաղորդման ճշտությունը չի մեծանա: Այդ իսկ պատճառով անհրաժեշտ է ունենալ հաշվանքների հերթագայման հաճախության ընտրման որևէ չափանիշ: Այդ չափանիշը գոյություն ունի հաշվանքների թեորեմի (Կոտելնիկովի կամ Նայքվիստի թեորեմ) տեսքով [7]. «Կամայական ազդանշան, որի սպեկտրը սահմանափակված է որոշակի F_վ վերին հաճախությամբ, կարող է ամբողջությամբ և միարժեքորեն վերականգնվել իր դիսկրետ հաշվանքների հաջորդականությամբ, որոնք ընտրվել են F_Դ=2 F_վ հաճախությամբ»: Սովորաբար, որպես սպեկտրի F_վ վերին հաճախություն` ընդունում են այն հաճախությունը, որից ներքև սպեկտրի մաքսիմումների մակարդակը չի գերազանցում -40 դԲ-ը: Դիսկրետացման հաճախության կեսին հավասար հաճախությունն անվանում են Նայքվիստի հաճախություն:

Այսպիսով, F_Դ=1/T_Դ դիսկրետացման հաճախությունը պետք է նվազագույնը կրկնակի անգամ գերազանցի մուտքային ազդանշանի հաճախային շերտը` այդ ազդանշանի սպեկտրում առկա առավելագույն հաճախությունը, այսինքն

Գործնականում անալոգային ազդանշանի դիսկրետացումը և վերականգնումն իրականացվում է նկ.2.13-ում բեված սխեմայի համաձայն: Այդ նկարում պատկերված մեթոդը սովորաբար անվանում են ամպլիտուդա-իմպուլսային մոդուլացում (ԱԻՄ):

ԱԻՄ-ազդանշանն s(t) ազդանշանի նեղ ուղղանկյունաձև իմպուլսներով դիսկրետացման արդյունքն է: Որոշ հնչյունների դեպքում առավելագույն հաճախությունը, որից ներքև սպեկտրի մաքսիմումների մակարդակը -40 դբ-ից ցածր է, կազմում է մոտ 4 կՀց: Լինում են դեպքեր, երբ սպեկտրը չի մարում նույնիսկ 8 կՀց-ից ավելի հաճախությունների դեպքում:

Այսպիսով, ձայնի բոլոր հնչյունների ստույգ վերականգնման համար պահանջվում է մոտ 20 կՀց դիսկրետացման հաճախություն: Սակայն բազմաթիվ հավելվածներում նման դիսկրետացման հաճախություն չի պահանջվում: Եթե նախքան դիսկրետացումը ձայնային ազդանշանը անցկացվում է ցածրահաճախական զտիչի (ՑՀԶ) միջով, այնպես որ F_վ= 4կՀց, ապա դիսկրետացման հաճախությունը կկազմի 8 կՀց:

Դիսկրետացումից առաջ մուտքային ազդանշանը պետք է սահմանափակվի ըստ սպեկտրի` հեռացնելու համար F_Դ/2 -ից բարձր բոլոր բաղադրիչները, նույնիսկ եթե դրանք անլսելի են: Այսպիսով, ամբողջական ԱԻՄ-համակարգը (նկ.2.14) պետք է պարունակի դիսկրետացումից առաջ ազդանշանի շերտը սահմանափակող զտիչ, որպեսզի աղբյուրի հետ կապված կամ այլ կեղծ ոչ մի ազդանշան չհանգեցնի դիսկրետացումից հետո սպեկտրների վերադրման (ալիազինգ) արդյունքում առաջացող աղավաղումների: Այդ իսկ պատճառով այդ զտիչը հաճախ անվանում են սպեկտրների վերադրումից պաշտպանող զտիչ (հակալիազինգային զտիչ):

Նկ.2.15-ում բերված է ITU-ի հանձնարարականներին համապատասխանող հակալիազինգային զտիչի բնութագրի նմուշատիպ: Նմանատիպ զտիչներում 4 կՀց հաճախության վրա մարումը պետք է կազմի մոտ 14 դԲ:

Անալոգային ազդանշանը կարող է առանց աղավաղման վերականգնվել իր հաշվանքների հաջորդականությամբ, պայմանով, որ վերականգնման համար կիրառվում է իդեալական զտիչ: Դրա համար ազդանշանի մարումն արգելման շերտում պետք է կազմի 60…80 դԲ: Հաճախությունների ճնշման խիստ պահանջներ են ներկայացվում ինչպես մուտքային, այնպես էլ ելքային զտիչին: Վերջինս պետք է պաշտպանի կապուղու օղակները ԲՀ բաղադրիչներից, եթե այդ օղակները միացված են հաջորդաբար: F_ա հաճախությամբ հարմոնիկ ազդանշանի դեպքում բաղադրիչների համակցային (կոմբինացիոն) F_աղ հաճախությունները կազմում են

որտեղ n=1,2,3,…- հարմոնիկի համարն է:

Նկ.2.16-ում սխեմատիկորեն բերված են ելակետային անալոգային և դիսկրետիզացված ազդանշանների սպեկտրները: Դիսկրետ ազդանշանի սպեկտրը պարունակում է ցածրհաճախային բաղադրիչ, որն ըստ տեսքի նույնական է ելակետային ազդանշանի սպեկտրին, և բազմաթիվ բարձրհաճախային բաղադրիչներ, որոնցից յուրաքանչյուրը բաղկացած է դիսկրետացման հաճախության կամ դրա հարմոնիկի շուրջ տեղակայված մոդուլացման երկու կողային շերտերից: Տեսականորեն այդպիսի տատանման սպեկտրը` ընտրանքի զրոյին ձգտող երկարության դեպքում, ձգվում է մինչև անվերջություն, իսկ սպեկտրային բաղադրիչների մակարդակը ստացվում է բավական փոքր:

Նկ.2.13-ում պատկերված ելակետային ազդանշանը վերականգնող ՑՀԶ-ն ճնշում է ելակետային ազդանշանի հաճախությունից տարբերվող բոլոր հաճախությունները: Անալոգային տեսքի վերականգնումն իրականացվում է ԱԻՄ-հաշվանքների հաջորդականությամբ` գծային միջարկման (ինտերպոլյացիայի) միջոցով:

Նկ.2.14-ում պատկերված է ազդանշանի վերականգնումը անալոգային հիշողության սարքի միջոցով, որը ձևավորում է դսիկրետացված ազդանշանի աստիճանաձև մոտարկումը, ինչի շնորհիվ վերականգնող զտիչի ելքում հզորության մակարդակը ստացվում է գրեթե այնպիսին, ինչպիսին դիսկրետացված մուտքային ազդանշանի մակարդակն է: Ցանկալի է որպես վերականգնող զտիչներ օգտագործել սահուն նվազող բնութագրերով և հեշտ իրագործվող զտիչներ: Սակայն այդ դեպքում ցանկալի է, որ (2.1) անհավասարությունը կատարվի որոշակի պաշարով, այսինքն`

2.4.2. Անալոգա - թվային ձևափոխություն

Անալոգա - թվային ձևափոխությունը (ԱԹՁ) անընդհատ (անալոգային) էլեկտրական մեծության ձևափոխումն է երկուական թվային կոդի: Իր հերթին անընդհատ ազդանշանի հաշվանքների ձևափոխումը երկուական կոդի կոչվում է իմպուլսա -կոդային մոդուլացում (ИКМ, PCM): Այդ գործընթացն ամրագրված է ITU-T սեկտորի G.711 ստանդարտում և իրականացվում է չորս հաջորդական գործողության օգնությամբ [8].

 ազդանշանի զտում,

 դիսկրետացում,

 քվանտացում ,

 կոդավորում:

Այսպիսով, ԱԻՄ-համակարգը (նկ.2.13) կարող է ձևափոխվել ԻԿՄ-համակարգի, եթե հաղորդիչ կողմում ԱԻՄ-մոդուլյատորին միացնենք անալոգա - թվային ձևափոխիչ, իսկ ընդունիչ կողմին միացնենք թիվ - անալոգ ձևափոխիչ (նկ.2.17):

ԱԹՁ-ի դեպքում անալոգային ազդանշանը ներկայացվում է թվերի հաջորդականությամբ, որը հակադարձ թիվ - անալոգ ձևափոխման ժամանակ ձևափոխվում է ելակետային անալոգային ձայնային ազդանշանի: Պարզագույն դեպքում ձևափոխությունը կարելի է ներկայացնել որպես հավասար ժամանակահատվածները մեկ լարման ակնթարթային արժեքների չափման արդյունք` հաշվանքների ստացված ամբողջության թվային հաջորդականության հետագա փոխակերպմամբ:

ԻԿՄ-ի կառուցվածքային սխեմայի համաձայն, ԱԹՁ-ում ԱԻՄ մոդուլյատորի ելքային ազդանշանը քվանտացվում է ըստ մակարդակի և կոդավորվում է: Քվանտացումը և կոդավորումը, որպես կանոն, իրականացվում են ընդհանուր ֆունկցիոնալ բլոկում` կոդավորիչում, սակայն ԻԿՄ մեթոդի որակական բնութագրերի վերլուծության ժամանակ հարմար է դիտարկել այդ գործընթացներն առանձին: Անալոգային ազդանշանի անալոգա - թվային ձևափոխման գաղափարը պատկերված է նկ. 2.18-ում:

Քվանտացման ժամանակ ԱԻՄ-ազդանշանի հաշվանքների ակնթարթային արժեքների անընդհատ բազմությանը համապատասխանեցվում են վերջավոր թվով քվանտացման մակարդակներ: Քվանտացված ազդանշանն ընդունում է տրված հաշվանքի արժեքին ամենամոտ քվանտացման մակարդակի արժեքը: Թույլատրված հարևան քվանտացման մակարդակների միջև հեռավորությոունը կոչվում է քվանտացման քայլ: Այսպիսով քվանտացումը հաղորդվող ազդանշանի մեջ ներմուծում է չշտկվող սխալ, որը քվանտացման մակարդակների մեծ թվի դեպքում բավական փոքր է:

Հարց է առաջանում, արդյո՞ք պահանջվում է հաղորդել ազդանշանի ակնթարթային արժեքների բոլոր մակարդակները, թե՞ այս դեպքում ևս կարելի է բավարարվել սահմանափակ թվով դիսկրետ մակարդակների հաղորդմամբ: Աղավաղումների բացակայության պայմաններում ազդանշանը կարող է հաղորդվել որքան հնարավոր է մեծ ճշտությամբ: Սակայն եթե ազդանշանի դինամիկ տիրույթը սահմանափակված է, օրինակ, որևէ տեսքի աղավաղմամբ, ապա այդ դեպքում ազդանշանի արժեքը չի կարող հստակ որոշվել: Այդ իսկ պատճառով աղավաղումների առկայության դեպքում իմաստ չունի ստույգ հաղորդել ազդանշանի մակարդակների ցանկացած փոփոխությունները:

Քվանտացումը կարելի է դիտարկել որպես աստիճանաձև տեսքի ամպլիտուդային բնութագրով սարքի միջով մուտքային ազդանշանի անցման արդյունք (նկ.2.19): Այդ բնութագիրը կոչվում է քվանտացման սանդղակ կամ բնութագիր: Եթե բնութագրի սահմաններում քվանտացման քայլը հաստատուն է , ապա քվանտացումը հավասարաչափ է (նկ.2.19.ա): Քվանտացման այդ պարզագույն տեսակը հարմար է հետագա մշակման և հավելուրդի կրճատման նպատակով ձայնային ազդանշանների առաջնային թվային ներակայացման համար:

Ազդանշանների քվանտացումը հաճախ ուղեկցվում է սխալանքով: Ելակետային և քվանտացված հաշվանքների միջև տարբերությունն անվանում են քվանտացման աղմուկ: Վերջինս e(k) իմպուլսների պատահական հաջորդականություն է, որոնց ամպլիտուդի առավելագույն արժեքը չի գերազանցում քվանտացման քայլի կեսը` Ինչքան փոքր է քվանտացման քայլը, այնքան փոքր է քվանտացման աղմուկի մակարդակը, սակայն այս դեպքում շատանում են հաղորդվող թույլատրված մակարդակները:

Քվանտացման բնութագիրը (նկ.2.19.ա) ունի 2 գոտի`քվանտացման, երբ և սահմանափակման, երբ Քվանտացման գոտին բնութագրի այն աշխատանքային տեղամասն է, որի սահմաններում կատարվում է ազդանշանի քվանտացումը: Եթե ազդանշանի ակնթարթային արժեքը դուրս գա քվանտացման գոտու սահմաններից, ապա ելքային լարումը, անկախ մուտքային ազդանշանի արժեքից, կմնա անփոփոխ և հավասար կլինի Ելակետային և սահմանափակված ազդանշանների միջև տարբերությունը կոչվում է սահմանափակման աղմուկ: Այսպիսով, քվանտացումը ոչ իներցիոն ոչ գծային ձևափոխություն է, որի դեպքում, ի տարբերություն դիսկրետացման, ազդանշանը չի կարելի հաղորդել սխալի` որքան հնարավոր է փոքր մակարդակով: Քվանտացված ԱԻՄ-ազդանշանի առանձնահատկություններից է այն, որ բոլոր մակարդակները կարելի է համարակալել և այսպիսով այդ ազդանշանի հաղորդումը հանգեցնել հաշվանքների ընտրման պահերին ազդանշանի մակարդակների համարների հաջորդականության հաղորդմանը: Այդ պատճառով ազդանշանի անալոգա - թվային ձևափոխության հաջորդ փուլը քվանտացված ԱԻՄ-ազդանշանի վերածումն է թվային ազդանշանի: Այդ գործողությունը կոչվում է կոդավորում և իրականացվում է կոդավորիչում:

Կոդավորման դեպքում առավել հաճախ քվանտացված հաշվանքը, որը կարելի է դիտարկել որպես որոշակի թիվ, փոխարինվում է երկուական հաշվառման համակարգում ներկայացմամբ: Այլ կերպ ասած, կոդավորման ժամանակ քվանտացման յուրաքանչյուր մակարդակին համապատասխանեցվում է երկուական կոդային խոսք, որը պարունակում է միայն երկու կոդային սիմվոլ`0 և 1: Կոդային խոսքերը հաղորդվում են երկուական իմպուսլների`բիթերի հոսքի տեսքով: Արդյունքում ԱԹՁ-ի ելքում, դիսկրետացման պարբերությամբ սահմանվող ֆիքսված տեմպով հայտնվում են երկուական թվեր, որոնք համապատասխանում են դիսկրետացման պահերին ազդանշանի մակարդակներին: Այդ գործընթացը սխեմատիկորեն պատկերված է նկ.2.18-ում, որտեղ դիսկրետացման պահերը ցույց են տրված ժամանակի առանցքի վրա հատվածներով և երեք հաջորդական պահերի համար բերված են երկուական և տասական համակարգերում հաշվանքների արժեքները:

n թիվը m-կարգանի երկուական հաշվառման համակարգում կարող է ներկայացվել հետևյալ տեսքով.

որտեղ 0 կամ 1 արժեքներ ընդունող թիվ է: Կարգի արժեքը, որը համապատասխանում է կոդային կոմբիանցիայում թվի դիրքին, որոշում է այդ կարգի «կշիռը»:

Ենթադրենք հաշվանքը ունն n=115 մակարդակ, իսկ քվանտացման սանդղակը պարունակում է n_max=256 մակարդակ: Այդ դեպքում m=8 և երկուական հաշվառման համակարգում n թիվը կարտահայտվի

իսկ համապատասխան կոդային կոմբինացիան կընդունի 01110011 տեսքը: Համաձայն գրառման, այդ կարգերի «կշիռները» կրտսեր կարգից դեպի ավագ հաջորդականությամբ կլինեն 1, 2, 16, 32, 64 :

Ընդհանուր առմամբ m-կարգանի երկուական կոդով կարելի է ներկայացնել n_max=2^m զանազան կոդային խոսքեր` քվանտացման մակարդակներ: n_max տրված քվանտացման սանդղակի մակարդակների առավելագույն թվի դեպքում կոդավորման համար անհրաժեշտ կարգերի թիվը որոշվում է հետևյալ արտահայտությամբ`

Փորձնականորեն պարզվել է, որ ձայնի բարձրորակ հաղորդման համար անհրաժեշտ է կիրառել 2⁸=256 քվանտացման մակարդակ: Դա պահանջում է մեկ քվանտացված հաշվանքի ներկայացման համար 8 բիթ: Այդ իսկ պատճառով ԱԹՁ-ի ելքում թվերի տիրույթը կազմում է -127-ից մինչև +127: Թվային աուդիոտեխնիկայում m=14…16: Հեռաչափական ինֆորմացիայի և ղեկավարման հրամանների հաղորդման ժամանակ կիրառվում են մի քանի տասնյակ իմպուլսներով կոդեր:

Թվային հաղորդման կապուղու ընդունիչ կողմում երկուական թվային ազդանշանների (բիթեր) հոսքը վերականգնվում է և վերստեղծվում են քվանտցված ընտարնքների արժեքները: Այնուհետև հաշվանքների արժեքների միջև միջարկման և ազդանշանի ելակետային տեսքի վերականգնման համար կիրառվում է ՑՀԶ: Եթե հաղորդման ժամանակ սխալներ չեն եղել, ապա ելքային ազդանշանը նույնական է մուտքայինին` չհաշված քվատնացման արդյունքում փոքր աղավաղումը, որը հետևանք է հաշվանքի արժեքի և քվանտացված ներկայացման տարբերության:

Ապակոդավորիչը բաղկացած է հաջորդական կոդի զուգահեռի վերածման սարքից, որի ելքերում հայտնվում են զրոների և մեկերի հավաքածուներ` ընդունված կոդային կոմբինացիային համապատասխան (նկ.2.20): Յուրաքանչյուր մեկը գալիս է գումարիչի մուտքին «կշռով», որը համապատասխանում է կոդային համակցման մեջ կարգի դիրքին: Արդյունքում գումարիչի ելքում ձևավորվում է իմպուլս, որի ամպլիտուդը որոշվում է ապակոդավորիչի մուտքում կոդային համակցմամբ:

2.5. Ձայնային ազդանշանի տեսքի կոդավորումը հաճախային տիրույթում

Ձայնային ազդանշանի նկարագրման ժամանակային տիրույթից անցումը հաճախայինի հնարավորություն է տալիս այլ կերպ օգտագործել ազդանշանի վիճակագրական առանձնահատկությունները: Կապի արդյունավետության բարձրացման նպատակով մշակվում են ԱԹՁ մեթոդներ, որոնք հիմնված են ձայնային ազդանշանների սպեկտրալ հատկությունների և օրթոգոնալ ձևափոխությունների վրա: Առավել հայտնի են կոդավորման տրանսֆորմային և շերտային եղանակները:

Տրանսֆորմային կոդավորման ժամանակ քվանտացվում և կոդավորվում են ազդանշանի բաղադրման գործակիցները, որոնք ստացվել են, օրինակ, Ֆուրյե-ձևափոխության արդյունքում:

Տրանսֆորմային կոդեկի կառուցվածքային սխեման բերված է նկ.2.21-ում: Հաղորդիչ կողմում ֆունկցիոնալ ձևափոխության միջոցով իրականացվում է ձայնային ազդանշանի վերլուծություն: Հաճախային շերտերում իրականացվում է ազդանշանի բաղադրման ընտրված գործակիցների ադապտիվ քվանտացումը: Կանխատեսման գործակիցները որոշվում են ազդանշանների կարճատև հզորության սպեկտրային խտության գնահատականների հիման վրա:

Շերտավոր կոդավորման ժամանակ ձայնային ազդանշանը ենթարկվում է մի քանի նեղշերտ զտիչներով շերտային զտման, որոնք առանձնացնում են մի քանի հաճախային բաղադրիչներ: Այնուհետև այդ բաղադրիչները քվանտացվում և կոդավորվում են առանձին` հաշվի առնելով յուրաքանչյուր շերտի ազդանշանների ընկալման որոշակի չափանիշները (նկ.2.22): Այստեղ կենտրոնական հաճախությամբ ( ձայնային ազդանշանի սեգմենտում հաճախային ենթուղիների թիվն է) շերտին պատկանող հաշվանքների հաջորդականությունն է:

Կոդավորման նման սխեմայի առավելություններից է կիրառվող բիթերի թվի դինամիկ փոփոխության և տարբեր հաճախային բաղադրիչների միջև վերաբաշխման հնարավորությունը: Ընդունիչ կողմում բաժանումից հետո, հաճախային ենթուղիների ազդանշանները ապակոդավորվում են, և շերտային զտիչների սինթեզող «սանրի» միջոցով վերարտադրվում է ելակետային ազդանշանը:

Գլուխ 3. Շարժական բջջային տեխնոլոգիաներ

3.1. Բջջային կապի անալոգային ստանդարտներ

Բջջային կապի առաջին ստանդարտները ի հայտ եկան նախորդ դարի 70-ական թվականներին և կրում էին հիմնականում տարածաշրջանային բնույթ: Բջջային հեռախոսակապի առաջին առևտրային ցանցը շահագործվեց 1978 թ-ին Բահրեյնում: 2 Գոտիներ 20 կապուղիներով 400 ՄՀց տիրույթում սպասարկում էին 250 բաժանորդի: Այդ նույն թվականին Չիկագոյում AT&T ընկերությունն սկսեց Advanced Mobile Phone Service (AMPS) բջջային համակարգի փարձարկումները, որն աշխատում էր 800 ՄՀց տիրույթում: Տասը գոտուց բաղկացած ցանցը զբաղեցնում էր 54000 կմ² տարածք: 80-ական թվականների կեսերին ստեղծվել էին առաջին սերնդի բջջային կապի 9 ստանդարտ:

1964 թ-ից սկսած` Nokia և Salora Oy ընկերությունները սկսում են ARP բջջային կապի ստանդարտի մշակման աշխատանքները, որը հաջողությամբ կիրառվում էր Autoradiopuhelin ավտոմոբիլային ռադիոհեռախոսում և նախատեսված էր Ֆինլանդիայում առևտրային բջջային ցանցի սփռման համար: Ցանցը շահագործման հանձնվեց 1971 թ-ին և 7 տարի հետո ծածկում էր ողջ երկիրը:

Եվրոպայում բջջային կապի առաջին առևտրային ցանցերը սկսեցին գործել Սկանդինավիայի երկրներում NMT-450 (Nordic Mobile Telephone System) ստանդարտի ներքո: Դա Դանիայի, Նորվեգիայի, Ֆինլյանդիայի և Շվեդիայի համատեղ նախագիծն էր: Համակարգն աշխատում էր 453-457.5 ՄՀց (դեպի վեր կապուղի) և 463-467.5 ՄՀց (դեպի վար) տիրույթներում: Կապւղիների բաժանման համակարգը հաճախային էր, իսկ դուպլեքս կապուղիների միջև շեղումը 10 ՄՀց էր: Ձայնի հաղորդումը զուտ անալոգային էր փուլային մոդուլացման միջոցով: NMT համակարգում ծառայողական հաղորդագրությունները թվային էին և հաղորդվում էին FFSK (fast frequency shift keying) մոդուլացման միջոցով` տրամաբանական 1-ին համապատասխանում էր 1200 Հց տոն, իսկ 0-ին` 1800 Հց [9]: Այդպիսի համակարգի հաղորդման արագությունը 1200 բիթ/վրկ էր: Հինգ տարի անց հայտնվեցին նաև NMT համակարգի տարբերակներ 900 ՄՀց տիրույթի համար:

Խոսակցության ժամանակ բազային կայանը դեպի շարժական կայան է հաղորդում 4000 Հց (3955, 3985, 4015 կամ 4045 Հց) կարգի հաճախությամբ տոնային ազդանշան: Շարժական կայանը այդ ազդանշանը ետ է ճառագայթում դեպի բազային կայան: Բազային կայանը գնահատում է ընդունված ազդանշանի որակը, որոշելու համար դեպի այլ բջիջ սպասարկման փոխանցման կամ կապի սեանսի դադարեցման գործընացի անհրաժեշտությունը:

1979 թ-ին Nokia և Salora ընկերությունների միավորման արդյունքում ստեղծվեց Mobira Oy ընկերությունը, որը զբաղվում էր NMT ստանդարտում աշխատող բջջային հեռախոսների մշակմամբ: 1982 թ-ին Mobira-ն ներկայացնում է իր առաջանի Mobira Senator ավտոմոբիլային հեռախոսը: 1984 թ-ին ընկերությունը սպառողներին է ներակայացնում դյուրակիր Mobira Talkman հեռախոսը, որի կշիռը 4.7 կգ էր: 1987 թ-ին Nokia- Mobira ընկերությունը թողարկում է NMT-900 ստանդարտի համար նախատեսված Mobira Cityman 900 հեռախոսը (նկ.3.1): Հեռախոսի կշիռը մոտ 800 գրամ էր, մարկտոցը լիցքավորվում էր 4 ժամում և ապահովում էր մոտ 50 րոպե խոսակցության ժամանակ: Mobira Cityman 900 հեռախոսի գինը կազմում էր 24 000 ֆիննական մարկ (€4560), սակայն չնայած բարձր գնին, հեռախոսը մեծ տարածում գտավ գործարարների շրջանում, որոնց համար այդ նոր սարքի առկայությունը հաջողության չափանիշ էր համարվում:

Թերևս NMT-450/900 եվրոպական համակարգը լայն տարածում գտած ստանդարտներից էր, իսկ Ռուսաստանում այն ընդունվել էր որպես դաշնային ստանդարտ: Մնացած համակարգերը, որոնց շահագործման սկզիբը համարվում է 1985-1987 թ-երը, պակաս հայտնի են: Ոչ բոլոր մասնագետները այսօր կհիշեն այնպիսի ստանդարտներ, ինչպիսիք են C-450(Գերմանիա), RTMS-101H (Իտալիա), TACS/ETACS (Մեծ Բրիտանիա), Radiocom-200 (Ֆրանսիա): Առավել հայտնի է ԱՄՆ-ում գործող բջջային կապի առաջին ստանդարտը` AMPS-ը:

AMPS (Advance Mobile Phone System) ստանդարտի առաջին ցանցը շահագործվել է 1983 թ-ի հոկտեմբերի 13-ին Չիկագոյում: Ստանդարտը նախատեսված է 824-849 և 869-894 ՄՀց տիրույթի համար, կապուղիները դուպլեքսային էին 45 ՄՀց շեղումով, կապուղու լայնությունը 30 կՀց էր: AMPS-ի հիման վրա 1988 թ-ին մշակվել է երկրորդ սերնդի թվային Digital AMPS (D-AMPS) ստանդարտը:

D-AMPS-ը երկրորդ սերդնի թվային ստանդարտ էր և աշխատում էր նույն տիրույթում, ինչ և իր նախորդը: Կապուղու լայնությունը 30 կՀց էր, սակայն կիրառվում էր կապուղիների ժամանակային բաժանում: Բջջի չափը մինչև 20 կմ էր: Մի շարք բաժանորդային տերմինալներ միաժամանակ սատարում էին AMPS և D-AMPS ստանդարտները, ինչը նույնիսկ հարմար էր, երբ բազային կայանից հեռավորությունը գերազանցում էր թվային ստանդարտում ֆիքսված բջջի չափը, քանի որ անալոգային կապում դա բերում էր կապի որակի վատացմանը, բայց ոչ ընդհատմանը: Սակայն առաջին-երկրորդ սերնդի ստանդարտների ժամանակն ավարտվում էր, որի պատճառով, ի տարբերության իր անալոգային տարբերակի, D-AMPS-ը լայն տարածում չգտավ:

3.2. NMT ստանդարտի տիպային շարժական կայանի կառուցվածքը

Տիպային շարժական կայանը բաղկացած է երեք հիմնական մասից` հաղորդիչ-ընդունիչից, տրամաբանական բլոկից և օօգտատիրոջ ինտերֆեյսից (նկ.3.2):

Միկրոֆոնից ընդունվող ձայնային ազդանշանն ուժեղացվում է և տրվում է FM-մոդուլյատորին, որի կրող հաճախությունը ձևավորվում է հաճախության սինթեզատորի կողմից: Սինթեզատորը ղեկավարվում է կառավարման միկրոպրոսեցորային բլոկի կողմից, որը սահմանում է օգտագործվող կապուղու համարը: Մոդուլացված ազդանշանը ուժեղացվում է կարգավորվող ուժեղացման գործակցով հզորության ուժեղարարում (ՀՈւ): Դուպլեքսային զտիչից հետո ելքային ազդանշանը տրվում է անտենային: Ձայնային ազդանշանի փոխարեն կարող է հաղորդվել երկուական ղեկավարող հաջորդականություններով մոդուլացված MSK-ազդանշան: Բացի այդ, շարժական կայանն ընդունում է բազային կայանի կողմից ճառագայթվող 4000 Հց հաճախությամբ թեստային տոնային ազդանշան և վերահաղորդում է այն հակառակ ուղղությամբ:

Անտենայի կողմից ընդունված ազդանշանը դուպլեքսային զտիչի օգնությամբ տրվում է շարժական կայանի ընդունիչ մասին: Առաջին հերթին այն ուժեղացվում է, այնուհետև երկու փուլով տեղափոխվում է միջանկյալ հաճախության (ՄՀ) տիրույթ, որի վրա աշխատում է հաճախային դիսկրիմինատորը: Դետեկտորի ելքից ձայնային ազդանշանը տրվում է բարձրախոսի ուժեղարարին: Ընդունված թվային ղեկավարող ազդանշանը տրվում է MSK-դեմոդուլյատորին:

Բազային կայանից ստացված հաղորդագրությունների հիման վրա կառավարման բլոկը որոշում է ընդունում խոսակցական կապուղու համարի վերաբերյալ: Հաղորդվող կամ ընդունվող ազդանշանի տիպից կախված` այն միացնում/անջատում է միկրոֆոնի և բարձրախոսի ուժեղարարները, ինչպես նաև ղեկավարում է ստեղնաշարի և դիսփլեյի աշխատանքը: Շարժական կայանի կառավարման բլոկը վերահսկում է կապի հաստատման գործընթացը, օրինակ, որոնելով ազատ խոսակցական կապուղի: Այն նաև կառավարում է խոսակցության ավարտից հետո կապուղու ազատման և համակարգում շարժական կայանի ավտոմատ գրանցման գործընթացները:

3.3. Շարժական կապի GSM գլոբալ համակարգ

Համաշխարհային շուկայում տարածվածությամբ առաջատար է GSM ստանդարտը: Ստանդարտի պատմությունը սկսվել է 1982 թ-ին, երբ փոստի և հեռագրության ադմինիստրացիաների Եվրոպական կոնֆերանսը (CEPT) ստեղծեց GSM աշխատանքային խումբը (Group Special Mobile) համաեվրոպական շարժական բջջային համակարգի մշակման համար: 1989 թ-ին GSM-ի մշակման աշխատանքներն անցան ETSI հովանու տակ, և 1990 թ-ին հրապարակվեցին ստանդարտի առաջին փուլի արձանագրությունները: 1993 թ. աշխարհի 22 երկրներում գործում էր 36 GSM ցանց: 1992 թ. Nokia ընկերությունը թողարկում է GSM ցանցում աշխատող իր առաջին Nokia 1011 դյուրակիր հեռախոսը (նկ.3.3):

1995 թ. ողջ աշխարհում կար մոտ 5 մլն. բաժանորդ, ստանդարտը դարձել էր համաշխարհային, և հապավումը բացվում էր որպես Global System for Mobile Communications: Հետագա վեց տարիների ընթացքում բաժանորդների թիվն աճեց 84 անգամ, ինչը կազմում է ողջ աշխարհում բջջային կապի բաժանորդների մոտ 70%-ը:

GSM համակարգի սարքերին ներկայացվում են խիստ պահանջներ, քանի որ համակարգը պետք է բավարար որակով աշխատի ոտքով քայլելիս կամ դանդաղ տեղաշարժվող տրանսպորտային միջոցում գտնվելիս, փողոցում, որտեղ մեծ քանակությամբ օբյեկտները բազմաճառագայթային տարածման հետևանքով բերում են ազդանշանի մարմանը: Համակարգը պետք է աշխատի նաև 250 կմ/ժ արագությամբ շարժվող գնացքում, որտեղ հաճախության դոպլերյան շեղումը դառնում է բավական զգալի:

GSM-ը գործում է 900 և 1800 ՄՀց տիրույթներում: 900 ՄՀց տիրույթում բջջային հեռախոսը հաղորդում է (դեպի վեր կապուղի) 890-915 ՄՀց շերտում, ընդունում է (դեպի վար կապուղի) 935-960 ՄՀց շերտում (GSM-1800-ի համար 1710-1785 և 1805-1880 ՄՀց համապատասխանաբար): Ողջ տիրույթը բաժանվում է 200 կՀց լայնությամբ հաճախային շերտերի`GSM-900-ում ընդամենը 124 կապուղի (124 դեպի վեր և 124 դեպի վար), դուպլեքս կապուղիների միջև շեղումը 45/95 ՄՀց է (900/1800 ՄՀց տիրույթներում համապատասխանաբար) [10]: Բազային կայանը սատարում է 1-ից մինչև 16 կապուղիներ: Այսպիսով, GSM-ում իրագործված է կապուղիների հաճախային դուպլեքսավորման եղանակը (FDD):

Ինչ վերաբերում է դեպի հաղորդման միջավայր մուտքին, ապա այստեղ կիրառվում է կապուղի ժամանակային բաժանման TDMA սկզբունքը: Հաճախային կապուղիները բաժանված են 8 ժամանակային սլոթներով 577 մկվրկ տևողությամբ կադրերի: Յուրաքանչյուր ֆիզիկական կապուղուն համապատասխանում է որոշակի հաճախությամբ որոշակի ժամանակային սլոթ: Այսպիսով, շարժական կայանը (ՇԿ) բազային կայանին (ԲԿ) ինֆորմացիա է հաղորդում 577 մկվրկ-ի ընթացքում յուրաքանչյուր 4615 մկվրկ-ը մեկ: Բազային կայանը կապվում է շարժականի հետ ճիշտ նույնպես, սակայն 3 ժամանակային միջակայք շուտ (և 45 ՄՀց-ով բարձր հաճախության վրա)`բաժանելու համար ժամանակի մեջ հաղորդումը և ընդունումը: Դա էապես պարզեցնում է ՇԿ-ի կառուցվածքը:

GSM-ում ժամանակային միջակայքերը 5 տիպի են` նորմալ, հաճախության համալարման, սինքրոնացման, կարգավորման և մուտքի: Նորմալ ժամանակային միջակայքի կառուցվածքը բերված է նկ.3.4-ում: GSM համակարգի նվազագոյւն ժամանակային տարրը 3.69 մկվրկ տևողությամբ բիթն է: Այսպիսով, GSM համակարգում տվյալների հաղորդման արագությունը կազմում է 270.833 կբիթ/վրկ: Յուրաքանչյուր ժամանակային սլոթում հաղորդվում է 148 բիթանոց փաթեթ: Ստանդարտ ժամանակային սլոթի տևողությունը 577 մկվրկ է, ինչը համարժեք է ըստ ժամանակի 156.25 բիթերի հաղորդմանը: Տվյալների փաթեթի արդյունավետ երկարության և սլոթի փաստացի տևողության միջև տարբերությունը կոչվում է պաշտպանիչ միջակայք: Միջակայքի գոյության անհրաժեշտությունը պայմանավորված է տվյալների յուրաքանչյուր փաթեթի հաղորդման սկզբում և վերջում հաղորդչի հզորության ուժեղարարի միացման/անջատման համար անհրաժեշտ ժամանակով: Բացի այդ, պաշտպանիչ միջակայքն անհրաժեշտ է ժամանակային սլոթի ներսում տվյալների փաթեթի ստույգ տեղակայման համար: Օգտակար ինֆորմացիան հաղորդվում է 57 բիթանոց երկու բլոկներով, որոնց միջև տեղակայված է 26 բիթանոց թրեյնինգային հաջորդականությունը` սահմանափակված PB (Pointer Bit) մեկ կարգանի նշիչներով: 3 բիթ երկարությամբ BB (Border Bit) միջակայքերը սահմանափակում են հաղորդվող ողջ հաջորդականությունը: 148 բիթերի հաղորդումից հետո հաղորդիչը 30.44 մկվրկ տևողությամբ պաշտպանիչ G միջակայքի ընթացքում «լռում է», ինչը համարժեք է 8.25 բիթի հաղորդմանը:

8 սլոթները ձևավորում են կադր: Յուրաքանչյուր 26 կադր միավորված է 120 մվրկ տևողությամբ մուլտիկադրի մեջ, որտեղ յուրաքանչյուր 13-րդ կադրը նախատեսված է ղեկավարման կապուղու համար, իսկ յուրաքանչյուր 26-րդ կադրի ընթացքում համակարգը «լռում է»: 51 մուլտիկադրը կազմում են 6.12 վրկ տևուղությամբ սուպերկադր, իսկ 2048 սուպերկադրերը ձևավորում են GSM համակարգի ժամանակային հիերարխիայի վերին մակարդակը` 3ժ. 28 րոպե 53 վրկ և 760 մվրկ տևողությամբ հիպերկադր: Այդ ժամանակի սպառումից հետո համակարգային «ժամացույցը» վերադառնում է իր ելակետային դիքրին: GSM համակարգի հիպերկադրի տևողությունը հիմնականում պայմանավորված է տվյալների գաղտնագրման ալգորիթմի կիրառմամբ, որն օգտագործում է ընթացիկ կադրի համարը գաղտնագրման բանալու գեներացման նպատակով: Նման մեծ պարբերության կիրառումը թույլ է տալիս կանխել օգտակար ինֆորմացիայի չարտոնագրված ապագաղտնագրումը և մեծացնում է խոսակցության անվտանգության և գաղտնիության աստիճանը:

GSM համակարգում բջջի շառավիղը մինչև 35 կմ է, ինչը պայմանավորված է TDMA տեխնոլոգիային բնորոշ ազդանշանի տարածման ժամանակային հապաղման աճով: Համակարգում տվյալների հաղորդման արագությունը մինչև 9.6 կբիթ/վրկ է:

3.4. Բազային կայանի կառուցվածքը

Բջջային կապի համակարգը կառուցվում է որպես բջիջների համախումբ, որոնք ծածկում են սպասարկվող տարածքը. բջիջները սխեմատիկորեն պատկերվում են ճիշտ վեցանկյունների տեսքով: Յուրաքանչյուր բջջի կենտրոնում գտնվում է բազային կայանը (ԲԿ, БС, BS), որը սպասարկում է իր բջջի սահմաններում գտնվող բոլոր շարժական կայանները (ՇԿ,ПС, MS): Բաժանորդի` մեկ բջջից դեպի մյուս բջիջ անցնելիս իրականանում է սպասարկման փոխանցում մեկ ԲԿ-ից մեկ այլ ԲԿ-ի, իսկ դեպի այլ համակարգ տեղաշարժվելիս` ռոումինգ, այսինքն` գործողություն, որն ապահովում է կապի անընդհատ լինելը մեկ օպերատորի սպասարկման գոտուց մեկ այլ օպերատորի սպասարկման գոտի անցնելիս: Բոլոր ԲԿ-ները կապված են շարժական կապի կոմուտացիայի կենտրոնի հետ (ԿԿ, ЦК-Центр Коммутации, MSC-Mobile Switching Center) հատկացված լարային կամ ռադիոռելեային կապուղիներով: Կոմուտացիայի կենտրոնից կա ելք դեպի ТФОП ընդհանուր օգտագործման հեռախոսային ցանց:

Նշենք որոշ դրույթներ, որոնք կապված են դիտարկված սխեմատիկ ներկայացման պարզեցման հետ:

Նախ` իրականում բջիջները երբեք չեն ունենում ստույգ երկրաչափական տեսք: Բջիջների իրական սահմաններն ունեն անկանոն կորերի տեսք, որոնք կախված են ռադիոալիքների տարածման պայմաններից, տեղանքի ռելիեֆից, բուսականության և կառուցապատման խտությունից և այլն: Ավելին, բջիջների սահմաններն ընդհանրապես հստակ որոշված չեն, քանի որ մեկ բջջից մյուսը շարժական կայանի սպասարկման փոխանցման սահմանը կարող է շեղվել` ռադիոալիքների տարածման պայմանների փոփոխության և ՇԿ-ի շարժման ուղղությունից կախված: Նույն կերպ և ԲԿ-ի դիրքը մոտավոր է համընկնում բջջի կենտրոնի հետ, որն այնքան էլ հեշտ չէ որոշել, երբ բջիջն ունի ոչ ճիշտ կորի տեսք:

Բջջային կապի համակարգը կարող է ներառել մեկից ավելի կոմուտացման կենտրոն, ինչը կարող է պայմանավորված լինել համակարգի զարգացման էվոլյուցիայով կամ կոմուտատորի սահմանափակ տարողունակությամբ (նկ.3.5): Այդ կոմուտացման կենտրոններից մեկը կարելի է պայմանականորեն համարել «առաջատար»:

Բազային կայանի կառուցվածքային սխեման բերված է նկ.3.6-ում: Կայանի առաջին առանձնահատկությունը տարանջատված ընդունումն է, ինչի համար կայանը պետք է ունենա 2 անտենա հաղորդման և ընդունման համար (նկարում պատկերված չէ): Մեկ այլ առանձնահատկությունը մի քանի ընդունիչների և նույն թվով հաղորդիչների առկայությունն է, ինչը թույլ է տալիս միաժամանակ աշխատել տարբեր հաճախություններով կապուղիներով: Նշված հաղորդիչները և ընդունիչներն ունեն ընդհանուր համալարվող գեներատորներ, որոնք ապահովում են համաձայնեցված համալարումը մի կապուղուց մյուսին անցնելիս. հաղորդիչ/ընդունիչների կոնկրետ N թիվը կախված է ԲԿ-ի կառուցվածքից: Ապահովելու համար N ընդունիչների միաժամանակ աշխատանքը մեկ ընդունիչ և N հաղորդիչների աշխատանքը մեկ հաղորդիչ անտենայի միջոցով` կայանում կիրառվում են N-ելքերով և մուտքերով հզորության բաժանիչներ և գումարիչներ:

Կապի գծի համակցման բլոկն իրականացնում է դեպի կոմուտացման կենտրոն հաղորդվող և այնտեղից եկող ինֆորմացիայի մշակումը: ԿԿ-ի և ԲԿ-ի միջև կապի համար սովորաբար կիրառվում է ռադիոռելեային կամ մանրաթելա-օպտիկական կապուղի, եթե դրանք տարածքայնորեն չեն գտնվում մեկ տեղում: ԲԿ-ի կոնտրոլերը (բավական հզոր և կատարյալ համակարգիչ) ապահովում է կայանի աշխատանքի կառավարումը, ինչպես նաև կազմում առկա բոլոր բլոկների և հանգույցների աշխատունակությունը: Ապահովության համար ԲԿ-ի մի շարք բլոկներ և հանգույցներ կրկնօրինակվում են, իսկ կայանի կազմի մեջ ներառվում են անխափան սնուցման աղբյուրներ:

3.5. Բաժանորդային տերմինալի (շարժական կայանի) կառուցվածքը

Շարժական կայանը ներառում է հետևյալ բլոկները` կառավարման բլոկ, ընդունիչ – հաղորդիչ բլոկ և անտենային բլոկ [11]: Ընդունիչ–հաղորդիչ բլոկն իր հերթին բաղկացած է հաղորդչից, ընդունիչից, հաճախության սինթեզատորից (ՀՍ) և տրամաբանական բլոկից (նկ.3.7):

Իր կառուցվածքով բավական պարզ է անտենային բլոկը. այն ներառում է անտենան` պարզագույն դեպքում քառորդ ալիքային ձող, և հաղորդիչը/ընդունիչ կոմուտատորը: Վերջինս թվային կայանի համար էլեկտրոնային կոմուտատոր է, որը անտենան միացնում է կամ հաղորդչի ելքին, կամ էլ ընդունիչի մուտքին, քանի որ թվային համակարգի շարժական կայանը միաժամանակ չի կարող աշխատել ընդունման և հաղորդման ռեժիմներում:

Ֆունկցիոնալ տեսանկյունից պարզ է նաև կառավարման բլոկը: Այն ներառում է միկրոֆոն, հեռախոս (բարձրախոս), ստեղնաշար և դիսփլեյ: Ստեղնաշարը ծառայում է կանչվող բաժանորդի հեռախոսահամարի հավաքման և ՇԿ-ի աշխատանքի ռեժիմը որոշող հրամանների ներմուծման համար: Դիսփլեյը ծառայում է սարքի և կայանի աշխատանքային ռեժիմով նախատեսված տարատեսակ ինֆորմացիայի արտացոլման համար է:

Հաղորդչի կազմի մեջ մտնում են.

 ԱԹՁ (АЦП) - ձևափոխում է միկրոֆոնի ելքից ստացված ձայնային ազդանշանը թվային տեսքի. ազդանշանի ողջ հետագա մշակումը և հաղորդումը տեղի է ունենում թվային տեսքով,

 ձայնի կոդավորիչ- իրականացնում է ձայնի ազդանշանի կոդավորում, այսինքն թվային ազդանշանի ձևափոխում ըստ որոշակի կանոնների` առկա հավելուրդի կրճատման նպատակով,

 կապուղու կոդավորիչ- ձայնի կոդավորչի ելքում ստացված թվային ազդանշանի մեջ ավելացնում է լրացուցիչ հավելուրդային ինֆորմացիա, որը նախատեսված է հաղորդման ժամանակ սխալներից պաշտպանության համար. Նույն նպատակի համար ինֆորմացիան ենթարկվում է որոշակի խառնման (interleaving): Բացի այդ, կապուղու կոդավորիչն ազդանշանի կազմի մեջ է ներմուծում տրամաբանական բլոկից եկած ղեկավարման ինֆորմացիան,

 մոդուլյատոր – իրականացնում է կոդավորված ազդանշանի տեղափոխում կրող հաճախության միջոցով բջջային ռադիոկապի հաճախության տիրույթ:

Ընդունիչն իր կառուցվածքով համապատասխանում է հաղորդչին, սակայն իր կազմի մեջ մտնող բլոկների հակադարձ ֆունկցիաներով.

 դեմոդուլյատոր - առանձնացնում է մոդուլացված ռադիոազդանշանից ինֆորմացիոն կոդավորված ազդանշանը,

 կապուղու ապակոդավորիչ - առանձնացնում է մուտքային հոսքից կառավարող ինֆորմացիան և ուղղում այն դեպի տրամաբանական բլոկ. ընդունված ինֆորմացիան ստուգվում է սխալների առկայության վրա և հայտնաբերված սխալները, հնարավորության դեպքում, շտկվում են,

 ձայնի ապակոդավորիչ - վերականգնում է կապուղու դեկոդեռից եկած ձայնային ազդանշանը բնական տեսքի`բնորոշ հավելուրդով, սակայն` թվային տեսքով,

 ԹԱՁ (ЦАП)- ձևափոխում է ընդունված թվային ձայնային ազդանշանը անալոգային տեսքի և հաղորդում է դինամիկի մուտքին,

 էքվալայզերը ծառայում է բազմաճառագայթային տարածման հետևանքով ազդանշանի աղավաղումների մասնակի կոմպենսացման համար: Ըստ էության, այն ադապտիվ զտիչ է, որը համալարվում է ծրագրային եղանակով: Էքվալայզեր բլոկը գործառնաբար անհրաժեշտություն չի ներկայացնում և որոշ դեպքերում կարող է բացակայել:

 Տրամաբանական բլոկ - հաստատուն և օպերատիվ հիշողությամբ միկրոհամակարգիչ է, որը ղեկավարում է ՇԿ-ի աշխատանքը:

 Սինթեզատորը (ՀՍ) կրող հաճախության տատանումների աղբյուր է, որը կիրառվում է կապուղով ինֆորմացիայի հաղորդման համար: Հետերոդինի (Հ), խառնիչի (Խ) և հաճախության փոխակերպիչի առկայությունը պայմանավորված է այն բանով, որ հաղորդման և ընդունման համար օգտագործվում են սպեկտրի զանազան տեղամասեր (դուպլեքս բաժանում ըստ հաճախության, FDD):

ՇԿ-ի բլոկ-սխեման պարզեցված է, քանի որ այստեղ պատկերված չեն ուժեղարարները, ընտրողական շղթաները, սինխրոհաճախության ազդանշանների գեներատորները, ընդունման և հաղորդման ժամանակ հզորության կարգավորման սխեմաները և այլն:

Ինֆորմացիայի հաղորդման գաղտնիության ապահովման համար որոշ համակարգերում հնարավոր է գաղտնագրման ռեժիմի կիրառում. դրա համար ՇԿ-ի հաղորդիչը և ընդունիչը համալրում են համապատասխանաբար հաղորդագրությունների գաղտնագրման և գաղտնազերծման սարքերով: Օրինակ GSM համակարգի ՇԿ-ի կազմում նախատեսված է բաժանորդի նույնականացման հատուկ մոդուլ (Subscriber Identity Module – SIM-քարտ): Այն ներկառուցված միկրոկոնտրոլերով պլաստիկե սմարթ-քարտ է, որը տեղադրվում է շարժական կայանի համապատասխան բնիկում: Բաժանորդը ստանում է SIM- քարտ ցանցի օպերատորի կողմից: Քարտը պարունակում է օգտատիրոջ անձնական ինֆորմացիան, գաղտնագրման ծրագրեր և բանալիներ: Շնորհիվ քարտի` հեռախոսից հանելու հնարավորության, այն կարելի է համարել գողացված կամ կորցրած հեռախոսի` չարտոնագրված մուտքից պաշտպանության լրացուցիչ միջոց: Այն նաև թույլ է տալիս կիրառել պահեստային հեռախոսը, մինչ բաժանորդի սեփական հեռախոսը գտնվում է վերանորոգման մեջ:

Ինչպես նշեցինք, SIM-քարտը պարունակում է ROM, RAM և NVM (Non-Volatile Memory - էներգաանկախ հիշողություն): ROM-ում պարունակվում են գաղտնագրման ալգորիթմներն իրագործող A3 և A8 ծրագրերը: Առաջինն օգտագործվում է բաժանորդի աուտենտիֆիկացման գործընթացի ժամանակ, իսկ երկրորդը` հաղորդվող տվյալների գաղտնագրման բանալու որոշման համար: ROM-հիշողության ծավալը կազմում է 4-6 կբայթ և չի կարող պատճենահանվել: RAM-հիշողության ծավալը մոտ 256 բայթ է: NVM-հիշողության ծավալը 2-3 կբայթ է և պարունակում է օգտատիրոջ այնպիսի պարամերտեր և տվյալներ, ինչպիսիք են.

 K_i օգտատիրոջ նույնականացման բանալի,

 IMSI (շարժունակ բաժանորդի միջազգային նույնականացման համար) - 15-բիթանոց նույնականացման համար`բաղկացած երկրի կոդից, ցանցի կոդից և բաժանորդի համարից,

 TMSI (շարժունակ բաժանորդի ժամանակավոր նույնականացման համար) – ժամանակավոր նույնականացման համար, որը տրվում է շարժական կայանին ամեն անգամ նոր VLR-ում (Visitors Location Register, տեղորոշման հյուրային ռեգիստր) գրանցվելուց հետո,

 PIN(Personal Identification Number- անհատական նույնականացման համար) - 4 կամ 8 նիշանի համար, որը թույլ է տալիս SIM-քարտին նույնականացնել բաժանորդին,

 անհատական հեռախոսագիրք - բաժանորդի կողմից ներմուծված հեռախոսահամարների ցանկ,

 այն արտասահմանյան բջջային ցանցերի ցանկը, որոնցում թույլատրված է ռոումինգը,

 ընդունված կարճ հաղորդագրությունները (SMS):

GSM համակարգի ՇԿ-ն ներառում է նաև ձայնային ակտիվության դետեկտոր (Voice Activity Detector-VoAD), որը սնման աղբյուրի էներգիայի կրճատման նպատակով, ինչպես նաև աշխատող հաղորդչի դեպքում անխուսափելիորեն առաջացող աղավաղումների նվազեցման համար միացնում է հաղորդչի աշխատանքը ճառագայթման ռեժիմում միայն այն ժամանակ, երբ բաժանորդը խոսում է: Դադարի ժամանակ ընդունման տրակտ է ներմուծվում «հարմարավետ աղմուկ»: Որոշ դեպքերում կայանի կազմի մեջ կարող են մտնել նաև առանձին տերմինալային սարքավորումներ, (օրինակ`ֆաքսիմիլային ապարատ), որոնք միանում են համապատասխան ադապտերների և ինտերֆեյսների օգնությամբ:

Եթե համեմատենք անալոգային և թվային շարժական կայանների կառուցվածքային սխեմաները, ապա կնկատենք, որ անալոգայինի կառուցվածքն ավելի պարզ է, քանի որ բացակայում են ԱԹՁ/ԹԱՁ բլոկները և կոդեկները, սակայն դուպլեքսային անտենային փոխանջատիչը կունենա բավական բարդ կառուցվածք, քանի որ անալոգային կայանը ստիպված է միաժամանակ աշխատել հաղորդման և ընդունման ռեժիմներում:

3.6. GSM համակարգի ստանդարտ շարժական կայանի բլոկ-սխեման

GSM համակարգում ձայնի, տվյալների և ղեկավարող ազդանշանների հաղորդման համար անհրաժեշտ է ազդանշանների թվային մշակման բարդ և կատարելագործված մեթոդների, ինչպես նաև ինֆորմացիայի կոդավորման, ընդունման և հաղորդման ժամանակակից եղանակների կիրառումը, որոնք նախկինում օգտագործվում էին միայն հատուկ մասնագիտացված սարքերում: Այդպիսի պահանջները պայմանավորված են հիմնականում օգտագործվող կապուղիների սպեկտրի լայնությամբ և ազդանշանների հաղորդման արագությամբ:

Շարժական կայանների նախագծումը բավական բարդ և պատասխանատու գործ է: Բջջային հեռախոսների շուկայում առկա մրցակցությունը ստիպում է արտադրողներին անընդհատ բարելավել այն պարամետրերը, որոնք առավել կարևոր են այդ շուկայում հաջողության հասնելու համար: Դրանցից են հեռախոսի չափը և զանգվածը, մարտկոցի վերալիցքավորումների միջև աշխատանքի և սպասման ռեժիմում աշխատանքի ժամանակները: Պարամետրերի բարելավումը պայմանավորված է ինտեգրալ սխեմաների մշակման տեխնոլոգիաների առաջընթացով և շարժական կայանի ֆունկցիաների`առանձին բլոկներով ինտելեկտուալ տեղաբաշխումով, ինչը թույլ է տալիս պահել ընդունիչ-հաղորդիչի մեծ մասը էներգասպառման ռեժիմում:

ETSI-ի ստանդարտները հստակ կերպով սահմանում են հաղորդման պարամետրերը` ձայնի կոդավորում և ապակոդավորում, կապուղու կոդավորում և մոդուլացման տեսակ: Դրա հետ մեկտեղ արտադրողները կարող են ազատորեն իրագործել ընդունիչում կիրառվող մի շարք ալգորիթմներ:

Նկ.3.8-ում բերված է ստանդարտ շարժական կայանի բլոկ-սխեման: Նմանատիպ բլոկներ կան նաև բազային կայաններում, այդ իսկ պատճառով մենք կդիտարկենք միայն բջջային հեռախոսի կառուցվածքը:

Միկրոֆոնում ձայնային ազդանշանը ձևափոխվում է էլեկտրականի, որի սպեկտրի լայնությունը սահնամափակված է սպեկտրների վերադրման պաշտպանության զտիչով և կազմում է 4 կՀց: Այնուհետև այդ ազդանշանը դիսկրետացվում է 8 կՀց հաճախությամբ և վերածվում է երկուաական սիմվոլների հաջորդականության 13-բիթանի ԱԹՁ-ով(АЦП): ԱԹՁ-ն պետք է լինի գծային, ինչը պայմանավորված է ձայնային կոդեռի աշխատանքի բնույթով: ԱԹՁ-ի ելքում երկուական սիմվոլների արագությունը կազմում է 104 կբիթ/վրկ, ինչը մոտ 2 անգամ մեծ է, քան 8-բիթային ԻԿՄ-կոդավորիչի ելքում երկուական հոսքի արագությունը: 13-բիթանի հաշվանքների հաջորդականությունը մշակվում է 20 մվրկ բլոկներով ձայնային կոդավորիչում: Արդյունքում յուրաքանչյուր 20 մվրկ-անոց բլոկ ներկայացվում է 260 բիթերով: Յուրաքանչյուր բլոկի 260 բիթերում կարելի է առանձնացնել երկուական բլոկ, որն ունի առաջնային նշանակություն ողջ բլոկի դեկոդավորման համար (այսպես կոչված 1ա դասի բիթեր), միջին կարևորության բլոկ (1բ դասի բիթեր) և բիթերի բլոկ (2 դասի բիթեր), որում սխալները էապես չեն ազդում ձայնի որակի վրա: Տվյալների բլոկի այսպիսի բաժանումը դասերի թույլ է տալիս կիրառել սխալներից անհավասարաչափ պաշտպանություն:

Այնուհետև 13 կբիթ/վրկ տվյալների հոսքը ենթարկվում է կապուղու կոդավորման: 1ա դասի 50 բիթերում սխալները դետեկտվում են բլոկային բազմանդամային կոդի օգնությամբ, որը տվյալների բլոկին ավելացնում է 3 –բիթանի զույգության ստուգման կոդ: Եթե ընդունիչում զույգության ստուգումը մատնանշում է բլոկում սխալների առկայություն, ապա ձայնի ապակոդավորման ժամանակ ողջ 260 բիթանոց բլոկն անտեսվում է, և դրա փոխարեն ներմուծվում է միջարկված հատված:

Միջին կարևորության դասի համար, որը նշվում է որպես 1բ, նախատեսված է 132 բիթ: Բլոկը, որը բաղկացած է առաջին դասի և զույգության երեք բիթերից, երկրորդ դասի բիթերից, որոնց գումարվում է 4 զրոյական բիթ, կոդավորվում է R=1/2 արագությամբ փաթեթային կոդով: Արդյունքում սատցվում է 378 բիթ, որոնք մնացած 2 դասի 78 բիթերի հետ կազմում են 20 մվրկ տևողությամբ ձայնային հատվածը ներկայացնող 456-բիթանի բլոկ: Նկ.3.9-ում պատկերված է բլոկի աղմկակայուն կոդավորման դիագրամը:

Սխալների փաթեթների տարանջատման և արդյունավետ ապակոդավորման համար կիրառվում է ինտերլիվինգ (перемежение): Այդ դեպքում փոփոխվում է կոդավորման արդյունքում ձևավորված բիթերի հաջորդման կարգը: Ընդունիչում տեղի է ունենում հակադարձ գործողություն, որի արդյունքում վերականգնվում է երկուական հոսքի ելակետային կարգը: GSM-ում իրականացվում է տվյալների բլոկային ինտերլիվինգ. 456 բիթանոց բլոկը բաժանվում է ութ սեգմենտների` յուրաքաչյուրում 57 բիթ:

Հաշվի առնելով ձայնային կոդավորման և ապակոդավորման (20 մվրկ), կապուղու կոդավորման և Վիտերբիի ալգորիթմի կիրառմամբ ապակոդավորման (10-20 մվրկ), ինչպես նաև բլոկների ինտերլիվինգի/դեինտերլիվինգի (40 մվրկ) բավական մեծ ժամանակները, ընդհանուր հապաղումը կազմում է մոտ 70-80 մվրկ, որը չի կարելի անտեսել:

Նկ.3.8-ում բացի ձայնային կապուղուց, բերված են նաև տվյալների և կառավարման ազդանշանների կապուղիները, որոնցից յուրաքանչյուրն ունի իր անհատական կապուղու կոդեկը: Տվյալների հաղորդման 3 անկախ կապուղիների առկայությունը հաղորդիչ կողմում պահաջեց մուլտիպլեքսորի առկայությունը (MUX/TDMA), իսկ ընդունիչ կողմում` դեմուլտիպլեքսորի առկայությունը: Սխեմայում բերված ե նաև ԲՀ (ВЧ) բլոկներ, որոնց կազմում առկա են հաճախության փոխակերպիչներ, հզորության ուժեղարարներ, սակավ աղմկող ուժեղարար, ինչպես նաև բերված է դուպլեքսոր` անտենայի կոմուտատոր հաղորդման և ընդունման համար:

GSM համակարգի ստանդարտ տարբերակը սատարում է տվյալների հաղորդման 2400,4800 և 9600 բիթ/վրկ արագությունները: Յուրաքանչյուր արագությանը համապատասխանում է 1/6-ից մինչև 1/2 արագությանմբ փաթեթային կոդ: Այդ դեպքում նույնպես կիրառվում է ինտերլիվինգ, սակայն այն ավելի խորն է, քան ձայնային ազդանշանի հաղորդման դեպքում: Տվյալների հաղորդման ժամանակ ինտերլիվերի առաջացրած հապաղումն այնքան կրիտիկական չէ, որքան ձայնի հաղորդման ժամանակ: Մյուս կողմից` այստեղ պահանջվում է սխալների առաջացման շատ ավելի փոքր հաճախություն: Դրան հասնում են աղմկակայուն կոդավորման և առավել խոր ինտերլիվինգի կիրառմամբ: Հիշեցնենք, որ սովորական ուղղանկյուն իտերլիվերի կիրառման դեպքում, որը I տողերից բաղկացած զանգված է, խորությունը որոշում են հենց այդ տողերը:

Կառավարման ինֆորմացիան բաղկացած է 23 բայթից, այսինքն` տվյալների բլոկը կազմում է 184 բիթ (նկ.3.10): Սխալները շտկող արտաքին կոդը Ֆայրի բլոկային կոդի կարճացված տարբերակն է: Ֆայրի կոդը նախատեսված է հայտնի երկարությամբ սխալների փաթեթների շտկման համար, որոնք առաջանում են սխալներ չպարունակող բավական երկար հաղորդման միջակայքերից հետո: Կիրառվող կոդը կարող է շտկել 12 բիթ երկարությամբ փաթեթ: Կոդավորման ժամանակ տվյալների բլոկին գումարվում են զույգության ստուգման 40 բիթեր: Սխալների փաթեթները շտկող նման կոդի կիրառումը պայմանավորված է R=1/2 և K=5 կոդային սահմանափակման երկարությամբ ներքին փաթեթային կոդի առկայությամբ, որն ապակոդավորվում է Վիտերբիի օպտիմալ ալգորիթմի օգնությամբ [12]: Վիտերբիի դեկոդերի ելքում բիթերում պարունակվող պոտենցիալ սխալները հաճախ խմբավորվում են փաթեթներում: Դրա պատճառը վանդակավոր դիագրամի վրա ոչ ճիշտ ուղու ընտրությունն է: Ֆայրի կոդային խոսքին գումարված 4 զրոյական բիթերը թույլ են տալիս որոշել տվյալների բլոկի վերջում կոդավորիչի վիճակը, ինչն էապես հեշտացնում է 456-բիթանոց բլոկի վերջնամասի ապակոդավորումը:

Նմանատիպ ընդունիչ և հաղորդիչ բլոկներ առկա են նաև բազային կայանների սարքավորումներում: Հիմնական տարբերությունը բազային կայանի կողմից մշակվող ձայնային ազդանշանի աղբյուրի և ընդունիչի միջև է: Ձայնային ազդանշանը հաղորդիչ է գալիս ТФоП ցանցից ոչ գծայնորեն քվանտացված 8-բիթանոց ԻԿՄ-հատվածների տեսքով: Դրանք սկզբում ձևափոխվում են 13-բիթանոց գծային քվանտացված թվային տեսքի: Նմանատիպ գործողություն է կատարվում նաև ընդունիչում, որը գեներացնում է ոչ գծայնորեն քվանտացված 8-բիթանոց ԻԿՄ-հատվածներ և հաղորդում է դրանք ТФоП ցանցին: Փորձնականորեն ապացուցվել է, որ տրանսկոդավորման այս գործընթացը բացասաբար է ազդում ձայնի ճանաչման որակի վրա, հատկապես ձայնային ազդանշանների «կես արագությամբ» կոդավորման եղանակի դեպքում:

3.7. GSM ստանդարտի բջջային ռադիոհեռախոսի պարզեցված կառուցվածքային սխեման

Նկ.3.11-ում պատկերված GSM ստանդարտի բջջային ռադիոհեռախոսի կառուցվածքային սխեմայի պարզեցված տարբերակը պատկերացում է տալիս ժամանակակից տարրային բազային վրա բաժանորդային տերմինալների (ԲՏ) իրականացման առանձնահատկությունների վերաբերյալ: Շատ հաճախ այսպիսի ռադիոհեռախոսներում առկա են անալոգային և թվային մասեր, որոնք իրականացվում են առանձին տպասալիկների վրա: Ազդանշանի հաղորդման և ընդունման համար օգտագործվում է միևնույն անտենան, իսկ մոդուլացված փաթեթի ընդունումը, համաձայն ընդունված բազմակի մուտքի մեթոդի, շեղված է ժամանակային սլոթի ներսում հաղորդվածի նկատմամբ:

Ընդունիչ հատվածը կրկնակի հաճախային փոխակերպմամբ սուպերհետերոդինային ընդունիչ է: Անտենայից ընդունված ազդանշանը տրվում է կերամիկական շերտային զտիչին, որն առանձնացնում է fա ազդանշանը և նվազեցնում աղմուկները: Զտված ազդանշանն ուժեղացվում է սակավ աղմկող ուժեղարարում (ՍԱՈՒ, МШУ) և տրվում է խառնիչին: Խառնիչի 2-րդ մուտքին է տրվում հաճախության սինթեզատորից հետերոդինի առաջին ազդանշանը` fընդ: Առաջին միջանկյալ հաճախության խառնիչի ելքային f_մ1 ազդանշանն առանձնացվում է մակերևութային ակուստիկ ալիքների հիման վրա կառուցված զտիչով (ՄԱԱ, ПАВ – поверхностные акустические волны), ուժեղացվում է ՄՀՈՒ1-ում և տրվում է 2-րդ խառնիչին: Այդ խառնիչի երկրոդ մուտքին տրվում է հետերոդինի f_հ ազդանշանը: Փոխակերպման արդյունքում ստացված երկրորդ միջանկյալ հաճախության f_մ2ազդանշանը (450 կՀց) զտվում է ПАВ-զտիչով, ուժեղացվում է ՄՀՈՒ2-ում, այնուհետև ձևափոխվում է թվային տեսքի ԱԹՁ-ի միջոցով, և տրվում է կենտրոնական պրոցեսորին` CPU, որտեղ հաջորդաբար ենթարկվում է դեմոդուլացման, կապուղու էքվալայզինգի, կապուղու ապակոդավորմանը և ձայնի ապակոդավորմանը: Վերականգնված թվային ձայնային ազդանշանը ձևափոխվում է անալոգային տեսքի, ուժեղացվում է և տրվում է դինամիկին (հեռախոս):

Ռադիոհեռախոսի հաղորդիչ կողմում միկրոֆոնի ելքից ազդանշանն ուժեղացվում է, ձևափոխվում է թվային տեսքի և տրվում է CPU, որտեղ հաջորդաբար կատարվում է ձայնի կոդավորում, կապուղու կոդավորում և I և Q ինֆորմացիոն հոսքերի ձևավորում: I(t) և Q(t) տվյալների զուգահեռ հոսքերը կիրառվում են համապատասխանաբար սինֆազ և քառակուսային հարմոնիկ տատանումների մոդուլացման համար, որոնք տարբերվում են π/2 սկզբնական փուլային շեղմամբ: Փուլային մոդուլյատորում իրականացվում է քառակուսային կրիչների փուլի մանիպուլացում հաճախության սինթեզատորի կողմից սահմանված f_ՓՄ հաճախության վրա: Փուլամանիպուլացված ազդանշանը տրվում է խառնիչին, որտեղ այն տեղափոխվում է f_ա1 կրող հաճախության վրա ՀՍ-ի կողմից տրվող ազդանշանի միջոցով: Շերտային զտումից հետո ազդանշանն ուժեղացվում է կարգավորվող հզորության ուժեղարարում, շերտային զտիչից հետո տրվում է անտենային և ճառագայթվում դեպի ազատ տարածություն:

Կառավարման ազդանշանների, ստեղնաշարի հարցումների մշակումը, անհրաժեշտ հաճախությունների ձևավորումը և ինֆորմացիայի արտածումը դիսփլեյի վրա իրականացվում են կենտրոնական պրոցեսորի միջոցով, որն այստեղ կատարում է տրամաբանական բլոկի դերը:

GSM ստանդարտի շրջանակներում ընդունված են ԲՏ-ների հինգ դաս, որոնք տարբերվում են հաղորդիչի ելքային հզորության մակարդակով` ավտոմեքենայի վրա տեղադրման համար նախատեսված առաջին դասի P_ելք= 20 Վտ հզորությամբ մոդելից (իրագործված չէ) մինչև P_ելք= 0.8 Վտ հզորությամբ 5-րդ դասի մոդելը:

Վերգետնյա և արբանյակային կապի համակարգերի համար նախատեսված երկռեժիմ ԲՏ-ի մշակումն բարդ տեխնոլոգիական խնդիր է: Փաստացի նկարագրված բաժանորդային տերմինալում համատեղված են անհատական արբանյակային կապի կայանի բոլոր ֆունկցիաները (ԱԹՁ/ԹԱՁ, մոդուլացում/դեմոդուլացում, կոդավորում/ապակոդավորում, հզորության ուժեղացում և այլն): Ի տարբերության վերգենտյա անհատական կապի համակարգերի, արբանյակային կապի համակարգերում ինֆորմացիոն փոխանակումը կատարվում է հիմնականում ազատ տարածության վրա: Կապի հաստատումը շենքերից խիստ սահմանափակ է (երբ անտենաները տեղակայված են պատուհանների մոտ): Քաղաքային պայմաններում անհատական արբանյակային կապը բարդանում է կառուցապատման հետևանքով, հետևաբար աշխատանքը հնարավոր է արբանյակի բարձրության միայն մեծ անկյունների դեպքում:

Ժամանակակից երկռեժիմային ռադիոհեռախոսային տերմինալը կարող է աշխատել GSM, TDMA, CDMA ստանդարտի ցանցերում: Այն թույլ է տալիս աշխատել ոչ միայն անհատական արբանյակային կապի ցանցերում, այլ նաև վերգետնյա բջջային ցանցերում, ընդ որում, մուտքը դեպի բջջային ցանց առաջնահերթային է`ազատ հաճախությունների որոնումից հետո կանչը միշտ ուղղվում է դեպի բջջային կապի բազային կայան: Բազային կայանի հետ կապի հաստատման անհնարինության դեպքում տերմինալը ավտոմատ կերպով հարցում է ուղարկում արբանյակային կապի համակարգի արբանյակին:

Ձայնային կապից բացի, արբանյակային կապի տերմինալը ընձեռում է նաև փեյջինգի հաղորդագրությունների ընդունման հնարավորություն, ապահովում է էլեկտրոնային փոստի ռեժիմ, ինչպես նաև բաժանորդի տեղորոշում: Որպես կանոն, տվյալների հաղորդման արագությունը կազմում է 9.6 կբիթ/վրկ` սխալների առաջացման 10^-5 հավանականության դեպքում:

Thuraya անհատական արբանյակային կապի տարածաշրջանային համակարգը նախագծվել է Hughes ընկերությունների խմբի կողմից Արաբական Միացյալ Էմիրությունների պատվերով և շահագործման է հանձնվել 2001թ-ի մարտին: Ներկայումս համակարգի սպասարկման գոտին ընդգրկում է Եվրոպան, Կենտրոնական Ասիան և Հյուսիսային Ամերիկան: Համակարգը ծառայություններ է մատուցում աշխարհի մոտ 99 երկրներում, այդ թվում նաև Ռուսաստանում: Thuraya-ի մեկ տիեզերական ապարատի թողունակությունը կազմում է 13 750 դուպլեքս հեռախոսային կապուղի, իսկ լիովին ծավալված համակարգը կարող է սպասարկել մոտ 2 մլն. բաժանորդ:

Դիտարկենք Thuraya երկռեժիմային արբանյակային բաժանորդային տերմինալը Դա դյուրակիր բաժանորդային տերմինալ է, որը կարող է աշխատել ոչ միայն տվյալ համակարգում, այլ նաև GSM, CDMA ստանդարտի սովորական բջջային ցանցում: Սարքի մեջ ներկառուցված է GPS-ընդունիչ, որով հնարավոր է որոշել կոորդինատները միչև 20 մ ճշտությամբ: Տերմինալի անտենան իրականացված է պարուրաձև տեսքով և ունի 3 դԲ կարգի ուժեղացման գործակից:

Thuraya համակարգի լավագույն արբանյակային տերմինալները, ըստ տեխնիկական բնութագրերի, դիզայնի և գնի, համարվում են Hughes Network Systems և Ascom ընկերությունների հեռախոսները: Նկ.3.12.ա-ում պատկերված է Hughes 7100 հեռախոսը: Ըստ դիզայնի այն աննշան չափով է տարբերվում սովորական GSM-հեռախոսներից: Տերմինալի սնուցման համար կիրառվում են լիթիում-իոնային մարտկոցներ, որոնց ունակությունը կազմում է 650/1200 մԱ/ժամ: Տերմինալի զանգվածը կազմում է 220 գրամ, արբանյակային և բջջային ռեժիմներում խոսակցության ժամանակը կազմում է համապատասխանաբար 2.4 և 4 ժամ, իսկ սպասման ռեժիմում` 34.1 և 33.3 ժամ: Բջջային գոտու սպասարկման սահմաններից դուրս հեռախոսը ավտոմատ կերպով փոխանջատվում է արբանյակային ռեժիմ` գործելով միջազգային ռոումինգի պայմաններում: Բացի հեռախոսային կապից, նման տերմինալը սատարում է 2.4, 4.8 և 9.6 կբիթ/վրկ արագությամբ տվյալների և ֆաքսիմիլային հաղորդագրությունների հաղորդում, համակարգչային ինտերֆեյս` GPS տվյալների ներբեռնման և տեղորոշման հետևման համար: Նկ. 3.12.բ-ում բերված է առավել կատարյալ Thuraya XT հեռախոսը:

Բացի ստանդարտ բաժանորդային տերմինալներից, համակարգում կիրառվում են նաև շարժական տերմինալներ, որոնք ներառում են բաժանորդային տերմինալը շարժման ժամանակ աշխատանքն ապահովող և մի շարք լրացուցիչ միջոցներ: Հաղորդչի ճառագայթման առավելագույն հզորությունը կազմում է 2 Վտ, ինչը համաչափելի է GSM-տերմինալների հզորությանը: Ենթադրվում է համակարգում կիրառել նաև «տաքսոֆոն» տիպի տերմինալներ:

3.8. Կոմուտացման կենտրոնի կառուցվածքը

Կոմմուտացման կենտրոնը (ԿԿ) բջջային կապի համակարգի ուղեղը և միաժամանակ դիսպետչերական կենտրոնն է, որի վրա փակվում են բոլոր բազային կայանների ինֆորմացիոն հոսքերը և որի միջով իրականացվում է ելք դեպի այլ ցանցեր` քաղաքային ստացիոնար ցանց, միջքաղաքային ցանց, արբանյակային կապի և այլ բջջային ցանցեր: ԿԿ-ի կազմի մեջ մտնում են մի քանի պրոցեսորներ և այն բազմապրոցեսսորային համակարգի տիպային օրինակ է[13]:

ԿԿ-ի կառուցվածքային սխեման բերված է նկ.3.13-ում: Կոմուտատորն իրականացնում է համապատասխան կապի գծերի միջև ինֆորմացիայի հոսքերի փոխանջատում: Այն մասնավորապես կարող է ուղղել ինֆորմացայի հոսքը մեկ բազային կայանից դեպի մյուսը, կամ էլ բազային կայանից դեպի ստացիոնար կապի ցանց, կամ էլ ստացիոնար կապի ցանցից դեպի կոնկրետ բազային կայան:

Կոմուտատորը միանում է կապի գծերին համապատասխան կապի կառավարիչների (կոնտրոլեր) միջոցով, որոնք իրականացնում են ինֆորմացիայի հոսքի միջանկյալ մշակումը: ԿԿ-ի և ողջ համակարգի աշխատանքի ընդհանուր կառավարումն իրականացնում է կենտրոնական կոնտրոլերը, որն օտված է հզոր մաթեմատիկական ապահովմամբ`ներառյալ վերածրագրավորվող մասը (software): ԿԿ-ի աշխատանքը ենթադրում է օպերատորների ակտիվ մասնակցություն, այդ իսկ պատճառով դրա կազմում առկա են համապատասխան տերմինալներ, ինչպես նաև ինֆորմացիայի արտացոլման և գրանցման միջոցներ: Մասնավորապես, օպերատորի կողմից տվյալներ են տրամադրվում բաժանորդների և իրենց սպասարկման պայմանների վերաբերյալ, համակարգի աշխատանքի ռեժիմների ելակետային տվյալներ և այլն:

Բջջային կապի համակարգի կարևոր տարրերից են տվյալների բազաները` տնային ռեգիստր, հյուրերի ռեգիստր, աուտենտիֆիկացման կենտրոն և սարքավորման ռեգիստր: Տնային ռեգիստրը (Home Location Register-HLR- տեղայնացման տնային ռեգիտր) տվյալներ է պարունակում տվյալ համակարգում գրանցված բաժանորդների և նրանց մատուցվող ծառայությունների վերաբերյալ: Այստեղ է նաև ֆիքսվում է բաժանորդի տեղը կապի սեանս կազմակերպելու համար, և գրանցվում են փաստացի մատուցված ծառայությունները: Հյուրերի ռեգիստրը (Visitor Location Registr-VLR-տեղայնացման հյուրային ռեգիստր) պարունակում է նմանատիպ տվյալներ հյուր-բաժանորդների`ռոմեռների վերաբերյալ, որոնք գրանցված են ուրիշ համակարգում, սակայն տվյալ պահին օգտվում են տվյալ համակարգի ծառայություններից: Աուտենտիֆիկացման կենտրոնն (Authentification Center) ապահովում է բաժանորդների աուտենտիֆիկացման գործընթացները, այսինքն` շարժական կապի համակարգի բաժանորդի իսկության հաստատումը(բջջային կապի ծառայություններից օգտվելու իրավունքների առկայությունը կամ օրինականությունը) և հաղորդագրությունների գաղտնագրումը: Սարքավորման ռեգիստրը (Equipment Identity Register - սարքավորման նույնականացման ռեգիստր - նույնականացումը շարժական կայանի որևէ խմբի պատկանելության հաստատման գործընթացն է, որն օժտված է որոշակի հատկություններով կամ հատկանիշներով), եթե գոյություն ունի, տվյալներ է պարունակում շահագործվող շարժական կայանների` մասնավորապես դրանց սարքին և արտոնագրված լինելու վերաբերյալ: Այդ բազայում կարող են նշվել գողացված բաժանորդային տերմինալները, ինչպես նաև այն սարքերը, որոնք ունեն տեխնիկական թերություններ, օրինակ որոնք անթույլատրելի բարձր մակարդակի աղավաղումների աղբյուրներ են:

Ինչպես բազային կայանում, ԿԿ-ում նույնպես կիրառվում է սարքավորման հիմնական տարրերի պահեստավորում` ներառյալ սնման աղբյուրը, պրոցեսորը և տվյալների բազաները:

Գրականություն

1. Дэвис Дж., Карр Дж. Карманный справочник радиоинженера/ Пер с англ. Сенниковой Т.И.- 2-е изд.,-М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2006.-544 с.

2. J.G. Gibson. The Mobile Communications Handbook, CRC Press, Inc.and IEEE Press, Boca Raton, F1., 1996.

3. Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи.- М.:Эко-Трендз, 1998.-146 с.

4. Волков Л.Н., Немировский М.С., Шинаков Ю.С. Системы цифровой радиосвязи: базовые методы и характеристики:Учеб. пособие-М.: Эко-Трендз, 2005-392 с.

5. Хелд Г. Технологии передачи данных.7-е издание.- Спб.: Питер, Издательская группа BHV, 2003.-720 c.

6. Крухмалев В.В., Гордиенко В.Н., Моченов А.Д. и др. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей/Под ред. В.Н. Гордиенко и В.В. Крухмалева.-2-е изд., испр.-М.: Гирячая линия-Телеком, 2008.-424 с.

7. Клюев Л.Л. Теория электрической связи: учебник/ Л.Л. Клюев.- Минск.: Техноперспектива, 2008.- 423 с.

8. Дансмор Б., Скандьер Т. Справочник по телекоммуникационным технологиям.: Пер. с англ.-М.: Издательский дом '' Вильямс'', 2004.- 640 с.

9. Шахнович И.В. Современные технологии беспроводной связи.-М.: Техносфера, 2006.- 288 с.

10. Вишневский В.М., Портной С.Л., Шахнович И.В. Энциклопедия WiMAX Путь к 4G.-М.: Техносфера, 2009.- 472 с.

11. Рихтер С.Г. Устройства преобразования и обработки информации в системах подвижной радиосвязи. Конспект лекций для дистанционной технологии обучения / МТУСИ. - М.: 2007. – 65 с.

12. Золотарев В.В., Овечкин Г.В. Помехоустойчивое кодирование. Методы и алгоритмы. Справочник.- М.: Горячая линия – Телеком, 2004.- 126 с.

13. Попов В.И. Основы сотовой связи стандарта GSM.-М.: Эко-Трендз, 2005.-296 с.