1. Ущільнення з просторовим дозволом

Ущільнення з просторовим дозволом (Space Division Multiplexing, SDM) базується на просторовій селекції сигналів, тобто на виділенні кожному абоненту певної частини просторової зони від загальної зони обслуговування передавача (базової станції) і реалізується шляхом використання спрямованих (секторних) антен та адаптивного регулювання вихідної потужності передавача. При цьому різні радіостанції можуть працювати на одній частоті на рознесених територіях чи на одній території, але в різних напрямках. Принцип SDM пояснюється рис. 1.

На рис. 1, а умовно зображено п'ять частотних каналів, а

на рис. 1, б - тривимірна система координат, осі якої відповідають часу t, частоті f та коду с. Для кожного частотного каналу k1, k2, k3 виділена своя зона простору S1, S2, S3, що забезпечує просторове розділення каналів і запобігає утворенню радіозавад у сусідніх каналах. Для кожного з інших каналів потрібні свої зони простору.

  Характерним прикладом реалізації SDM є схема множинного доступу з просторовим розділенням (SDMA, Space Division Multiple Access). Зазвичай, схема множинного доступу SDMA використовується не сама по собі, а в поєднанні з іншими схемами (FDMA, TDMA, CDMA), зокрема, в мережах звукового мовлення, стільникового GSM зв'язку (за принципом повторного використання частот), радіорелейних лініях, земних станціях супутникового зв'язку (лінія "вгору") та ін.

Рис.1. Принципи ущільнення частотних каналів

2. Ущільнення з частотним поділом

Ущільнення з частотним розділенням (Frequency Division Multiplexing, FDM) базується на поділі загальної смуги частот на кілька окремих смуг, які не перекриваються (рис. 1, в), з виділенням кожному РЕЗ (у тому числі, і на час) "власної" частоти (смуги частот), на яких вони можуть працювати безперервно, не створюючи радіоперешкод іншим передавачів. Щоб уникнути перекриття смуг частот на кордоні їх можливого стику може призвести до виникнення радіоперешкод від сусідніх каналів, використовуються так звані "захисні інтервали" по частоті.

Метод FDM застосовується для організації одночасного доступу до телекомунікаційних мереж базової (лінія "вниз") і абонентської (лінія "вгору") станцій. У разі виділення для кожної з ліній різних частот говорять про організацію дуплексного каналу. Такий принцип організації називається дуплексом з частотним розділенням (FDD, Frequency Division Duplex). Розподіл може бути фіксованим або динамічним. Найпростіша різновид методу FDM -FAMA (Fixed Assignment Multiple Access), за яким кожній станції (кожному каналу) присвоюється своя фіксована смуга частот (несуча частота). Таким чином, для встановлення дуплексного з'єднання між двома станціями (транспондерами) необхідно задіяти 4 частотних каналу.

Типовим прикладом FDM є організація зв'язку в супутникових системах, що працюють в діапазоні С (за таким принципом організована робота переважної кількості стовбурів космічних станцій на геостаціонарних орбітах). Для загальної ширини смуги частотних каналів "вгору" і "вниз" рівної 500 МГц космічна станція підтримує, як правило, 12 транспондерів, ширина частотного каналу кожного з яких дорівнює 36 МГц (плюс захисні інтервали шириною 4 МГц між каналами і інтервали по 10 МГц на краях діапазону 500 МГц). Кількість каналів може бути подвоєно за рахунок використання ортогональної поляризації сигналів, при цьому 12 непарних транспондерів працюють з вертикальною поляризацією антен, 12 парних - з горизонтальною.

Поширеним застосуванням методу FDM є множинний доступ з частотним поділом (FDMA, Frequency Division Multiple Access). Ущільнення з частотним поділом призводить до невиправданих витрат частотного ресурсу. В "чистому" вигляді такий принцип ущільнення використовується в системах стільникового зв'язку першого покоління (1-st Generation, 1G) -NMT-450, AMPS, а в комбінації з іншими методами –

в системах  IS-54, IS-95, IS -136, PACS, GSM-900 і DCS-I800.

Кількість абонентів NFDMA на одну базову станцію (сектор) у системах, робота яких ґрунтується на застосуванні методу FDMA в смузі частот шириною ΔF, розраховується за формулою

                                 , (1)

де Δfk- ширина смуги частот займаної корисним сигналом (нормується на рівні мінус 20 дБ);

Δfз - ширина смуги частот захисного інтервалу.

Подальшим розвитком методу FDMA є метод SCPS (Space Communication Protocol Standards), за яким для кожного каналу виділяється одна несуча частота. Цей метод використовується виключно для організації мереж супутникового зв'язку. При цьому весь частотний діапазон поділяється на підканали, кожен зі своєю модулюючим частотою несучої. Для передачі мови в системах бездротової телефонії застосовується метод виділення одного каналу на одній частоті (SCPC, Single Channel Per Carrier), за яким весь частотний діапазон ділиться на частотні підканали шириною 4 кГц. Для обох методів розподіл каналів між станціями реалізується на базі застосування методу множинного доступу з призначенням каналу за запитом (DAMA, Demand Assigned Multiple Access), за яким в частотному діапазоні виділяється один спеціальний службовий канал для передачі запитів про встановлення з'єднання від кожної (абонентської) станції на центральну станцію (до речі, метод множинного доступу DAMA може бути реалізований і на базі застосування тимчасового розділення каналів). За цим же методом здійснюється розподіл каналів між станціями таким чином, щоб не було двох станцій, які одночасно працювали на одному частотному каналі.

При використанні методу динамічного частотного поділу після закінчення сеансу зв'язку з певним абонентом виділена йому для зв'язку частота може бути надана новому абоненту. Швидкість передачі даних в кожному каналі залежить від ширини його смуги пропускання, механізму кодування і виду модуляції. Вперше метод FDMA / DAMA був реалізований в системі супутникового зв'язку Intelsat, в якій інформація передається кадрами тривалістю 50 мс, циклічно повторюються і складаються з 50 тайм-слотів тривалістю 1мс, кожен з яких закріплений за певною земної станцією (в системі Intelsat їх не більше 50 ).

Застосування методу DAMA порівнянні з методом FAMA дозволяє підвищити ефективність використання спектра на (60 - 70)%, тобто збільшити кількість абонентських станцій на одну базову станцію. Метод DAMA оптимальний за критерієм числа абонентських станцій на одну базову станцію.

3. Ущільнення з Тимчасовим поділом.

Ущільнення з Тимчасовим поділом (Time Division Multiplexing, TDM) за Яким кілька передавачів могут одночасно транслюваті сигналіз на одній частоті в межах однієї зони покриття, но в різні, Суворов візначені для шкірного з них інтервалі годині (рис. 1, г), что дозволяє більш ефективного використовуват частотний ресурс Шляхом дінамічного перерозподілу годині (Тимчасових інтервалів) между абонентами мережі (Наприклад, в системах стандарту DECT передачі Даних гарантовано здійснюється кожні 10 с). ! Застосування методу TDM НЕ требует перебудови частоти передавачів.

Призначення різніх годин інтервалів для лінії "вгору" і лінії "вниз", Які Працюють на одній частоті, назівається дуплексом з Тимчасовим поділом (TDD, Time division Duplex). У разі перекриття передач двох РЕЗ вінікають так звані "Перешкода суміщеного каналу". Найпошіреніше! Застосування методу TDM - множини доступ з Тимчасовим поділом (TDMA, Time Division Multiple Access), Який реалізованій в системах зв'язку 2G (D-AMPS, GSM-900, DCS-1800, IS-54, IS-136, DECT, PHS, PACS), радіотехнологіях Token Ring, Ethernet, ATM.

В РЕЗ, робота яких ґрунтується на застосуванні TDMA, зв'язок реалізується Шляхом передачі інформації кадрами (фреймами), циклічно повторюються, и розділені на тайм-слоти однакової тривалості. Кожному передавачу на постійній або тимчасовій основі призначається певний тайм-слот. Передавачів з великим трафіком призначаються тривалі інтервалі годині, чім передавачів з меншими ОБСЯГИ трафіку. При Авторитети основне Завдання - Зберегти кадрові синхронізацію, для чого на качану шкірного кадру передається синхронізуюча послідовність. Стандарт СЕРТ визначає структуру TDMA-кадру для передачі голосової інформації, який обслуговує 16 Незалежних голосових потоків. Тривалість кадру ставити 2 мс, а ШВИДКІСТЬ передачі наземні станцією базового TDMA-кадру СЕРТ дорівнює 120,832 Мбіт / с.

Для організації множини доступу з метою передачі цифрової інформації технологія TDMA Досконало, чім FDMA.

Механізм TDMA без централізованого управління доступом реалізованій в класичній схемі управління Aloha (по протоколу P-Aloha), за якою доступ кожній станції до телекомунікаційної мережі надається в будь-який час. При том начало передачі та тривалість повідомлень не фіксовані, що може приводити до конфліктів між ними. Ефективність використання РЧР ставити 18%.

При використанні схеми Aloha з поділом (по протоколу S-Aloha) Тимчасові інтервалі роботи передавачів синхронізуються (передача ПОЧИНАЄТЬСЯ в строго певний годину). Доступ до мережі НЕ контролюється. Ефективність використання ресурсу збільшується почти в два рази и сягає 38,5%. Системи типу Aloha добро функціонують при відносно Малій завантаження каналу зв'язку, але не обмежують годину максимальної затримки доступу до мережі и мінімальну пропускну здатність всієї системи.

У разі множини доступу з детектированием несучої (CSMA, Carrier Sense Multiple Access) доступ передавача до телекомунікаційної мережі дозволяється Тільки у разі, якщо відсутня випромінювання на частоті несучої, що зменшує ймовірність Виникнення конфліктів, але не вирішує проблему "прихованого" терміналу (Виникнення конфлікту між легальним і "прихованим" передавачами при їх одночасної роботи). Суть проблеми "прихованого" терміналу ілюструється рис. 2 полягає в наступнім. Так як зона обслуговування терміналу А покриває зону обслуговування терміналу В, але недоступна для терміналу С, у разі проведення сеансу зв'язку між терміналами А і В завдяки меншій відстані останнього в термінал А він "маскує" сигналі з терміналу А. Тому в разі ініціювання в цю годину зв'язку з боці терміналу С терміналом А термінал В не може прийняти сигналі з від терміналу А, несучих частота не детектується, и середовище виглядає вільною. В результаті термінал С також починає передачу, що викликає конфлікт в терміналі В. Але термінал А чи не може виявити цей конфлікт и продовжує передачу інформації. Таким чином термінал А є прихованим для терміналу С і навпаки.

У локальних обчислювальних Мережа стандарту IEEE 802.11 використовується модернізована схема множини доступу з контролем несучої частоти CSMA (Carrier Sense Multiple Access) з виключенням конфліктів (CSMA / CA) за правилом обслуговування "перший прийшов - перший обслуговується".

У Специфікації HiperLAN 1 (High Performance Radio Local Area Network) - удосконалена схема безпріорітетного множини доступу з віключенням (EY-NMPA, Elimination Yield - Non-Preemptive Multiple Access). У разі! Застосування CSMA ефективність использование РЧР досягає 60%.

Рис. 2. Проблема "прихованого" терміналу

Схема Aloha з резервуванням, яка застосовує метод множинного доступу з поділом за запитом (DAMA, Demand Assigned Multiple Access) і реалізована в супутникових системах, ґрунтується на використанні принципу попереднього резервування кожною станцією тимчасових інтервалів з метою проведення сеансу зв'язку з супутником. У разі вдалого резервування для певної земної станції (позитивного рішення про виділення такого інтервалу з боку системи управління супутником) ніяка інша земна станція не може починати сеанс зв'язку протягом цього інтервалу часу. Таким чином, супутник збирає всі успішно відправлені запити і формує список черговості прав доступу в наступні інтервали часу, який направляється земним станціям. Для забезпечення підтримки роботи фіксованою схеми резервування час від часу робота всіх земних станцій синхронізуються. Схема DAMA відноситься до схем з явним резервуванням.

  У схемі множинного доступу з резервуванням пакетів (PRMA, Packet Reservation Multiply Access), яка відноситься до схем з прихованим резервуванням, виділені інтервали часу діляться на кадри, які повторюються з плином часу. За результатами аналізу зайнятості базова станція інформує рухливі станції про наявність вільних інтервалів часу, розподіл яких, за наявності запитів від абонентів, здійснюється на "конкурсній" основі. Вирішенню проблем "прихованих" терміналів сприяє схема Aloha з динамічним резервуванням і випадковим доступом, заснована на застосуванні методу множинного доступу з запобіганням конфліктів (МАСА, Multiple Access with Collision Avoidance). За цією схемою на початку

зв'язку термінал А посилає сигнал готовності на передачу (RTS, Request Тo Send) (рис. 3, а), який через обмеженість зони обслуговування приймається терміналом В, але не приймається терміналом С. Термінал В, прийнявши цей сигнал, відправляє сигнал підтвердження готовності до прийому (CTS, Clear To Send) із зазначенням передавача і приймача і тривалості сеансу зв'язку, забезпечує блокування роботи інших передавачів (рис.3, б). Подібні схеми використовуються в стандарті IEEE

802.15.1 (Bluetooth) і як одна з можливих функцій в системах зв'язку стандарту IEEE 802.11.

Рис. 3. Рішення проблеми "прихованих терміналів" методом МАСА

Проблема "прихованих" терміналів може виникати і при передачі сигналу RTS у разі якщо два термінали (А і С) направляють запит на передачу одночасно, хоча через занадто малої тривалості сигналу RTS ймовірність виникнення такої ситуації невелика. Для вирішення проблеми "відкритих" терміналів, коли термінал B зв'язується з терміналом A, а термінал C - з будь-яким іншим терміналом в сигналі RTS терміналу в міститься інформація про передавача і приймача сеансу зв'язку. У цьому випадку термінал С визначає стан середовища як зайняте і затримує свій сеанс зв'язку.

Метод множинного доступу з цифровим детектированием (DSMA, Digital Sense Multiple Access), який іноді називають методом множинного доступу з детектированием придушення (ISMA, Inhibit Sense Multiple Access), застосовує повідомлення рухливих станцій базовою станцією по зайнятості каналу (або телекомунікаційної мережі). Така схема використовується службою передачі пакетів цифрових даних (CDPD, Cellular Digital Packet Data) в системах аналогової рухомого зв'язку AMPS.