3.1Простое кодирование радиосигнала и его восстановление.
... с кодированием, для другого проекта надо что то решить и простым методом. Как обычно, на листике бумаги, в начале. Получается как то так, но это скорее всего будет понятно только мне.
В общем, есть результат. Если смешивать то, что нужно передать (а), с кодирующим сигналом(b), и передать в эфир (с) то в конце, на радиоприемнике, можно восстановить исходный сигнал(е), с помощью того же кодирующего сигнала или кода (d). Если (b) и (d) совпадают, то сигнал восстанавливается, в точности.
3.2 Логические операции.
Существуют три основные логические операции: "И", "ИЛИ", "НЕ" и комбинационная "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ". На примере двухвходового логического элемента:
"И" - если "1" на обоих входах, то на выходе "1". Во всех остальных случаях - "0".
"ИЛИ" - если "1" на любом входе, то на выходе "1". Иначе "0".
"НЕ" - если на входе "1", то на выходе "0". Если "0", то "1".
"ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" - если сигналы на входах НЕ совпадают, то на выходе "1", если совпадают, то "0".
На рисунке сверху, для кодирования и восстановления сигнала использовалась только одна операция - побитное "ИНВЕРТИРОВАНОЕ ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ".
3.3 GSM vs. CDMA
CDMA (Code Division Multiple Access) и GSM (Global System for Mobiles) - два базовых стандарта связи для мобильных телефонов. В GSM существует SIM карта, в CDMA ее нет, но нас это никуда "не двигает".
Отличие в следующем.
В CDMA все устройства передают одновременно. То есть, "сота" одновременно передает сигнал для всех телефонов (тяжело поверить, да?). Каждый телефон это принимает и восстанавливает (из этого радио-хаоса) сигнал, который принадлежит лично ему. Это делается по кодам, которые уже "живут" в телефоне (ортогональным бинарным кодам, если быть более точным).
В GSM все значительно проще. Время передачи разбито на кадры, и в единицу времени только один телефон (абонент) передает/принимает сигнал. Правильное название этому - TDMA (Time-Division Multiple-Access).
3.4 FDMA (Frequency-Division Multiple-Access) или нас много, а частот мало.
В первых моблильных телефонах использовалась технология, мало чем отличающаяся от домашних радиотелефонов. На пример, для последних было выделено 10 пар фиксированных частот в диапазоне 46-49MHz. То есть только 10 абонентом могли одновременно разговаривать, не мешая друг другу. Низкая мощность и маленький радиус действия таких телефонов не создавал общей проблемы "перенаселения" и взаимных помех. Хотя такое случалось...
3.5 Компрессирование.
Человеческая речь (в общем как и любой другой звук) несет в себе очень мало информации и может быть легко ужата или скомпрессирована. Это требует цифрового преобразования дважды (сжать здесь, "разжать" там), но это того стоит.
Одна из реализаций GSM оказалась следующая. При использовании TDMA узкая полоса шириной 30 кГц и длиной 6,7 миллисекунды разбивается по времени на три временных интервала, по одному каждому из 3 абонентов. Таким образом, обмен информацией происходит 150 раз в секунду, где каждый телефон получает свои 2 миллисекунды.
Как результат, это увеличивает количество абонентов в 3 раза по сравнению с аналоговой системой, использующей такое же число каналов.
3.6 Кодирование - декодирование в канале CDMA.
Это немного более сложная задача. Решается практически - математически (video).
Легко проверяется в Эксел, если есть время и желание. В колонке "А" биты на передачу, в "О" принятые и декодированые.
Если все получилось (не с первого раза, конечно), то здесь более интересное объяснение ортогональных кодов, на практическом примере, для 4 бит.
3.7 Простое объяснение принципа работы CDMA.
Вы будете смеяться, но это основано на школьном знании геометрии. Просто, перемножение двух векторов перпендикулярных друг другу, всегда равно нулю. Кодовые комбинации (или "ортогональные коды") это числовое представление этих векторов. Для двух-мерного пространства их возможно только 2, для 3-х мерного - три, для 4-х мерного - 4, и так далее.
Понятно, что при перемножении полученной кодовой комбинации на выход проходит только то, что соответствует кодирующему вектору. Остальные обращаются в ноль.
3.8 Связь под уровнем шума, как последствия CDMA.
Все становится понятно, если предположить что в колонке "G" напряжение на входе приемника, в колонке "M" уровень напряжения на выходе детектора. Это происходит потому, что мы перемножаем вектор на вектор, и как результат, выходной уровень увеличивается в квадратичной зависимости.
Практически это означает, что уровень сигнала на входе CDMA радиоприемника может быть в 2^-1 раза ниже, чем уровень шумов.
С шумами, все конечно сложнее, но идея будет именно такая.
3.9 Помехозащищенность.
Помехозащищенность, конечно, "притянута за уши", но она имеет место быть в CDMA. Она основана на избыточности передачи, которая появляется когда передаваемые данные кодируются девятью уровнями сигнала (-4...0...+4). Что бы не вдаваться в подробности, это девятиричное число, с 8-ю разрядами и общее число комбинаций ~ 4,3е+07. И из этих 43046720 комбинаций используются только 256, для которых на выходе декодирования (колонка "О") получается значение +4 или -4. Остальные отметаются как недействительные.
3.10 Допишу страницу, когда будет время (скорее всего, никогда :).
...
P.S. Разбирался с этим "по работе", но не думал, что все так примитивно и просто : )
P.P.S. Вы всегда можете написать мне. Е-mail ниже.