Применение ИС К155ИР11 в качестве паралельного регистра сдвига вправо.

5.3. УНИВЕРСАЛЬНЫЕ РЕГИСТРЫ

Часто требуются более сложные регистры: с параллельной синхронной записью информации, реверсивные, реверсивные с параллельной записью информации. Такие регистры называютуниверсальными. Рассмотрим одну из таких микросхем 74194 (аналог К155ИР11) – 4-разрядный двунаправленный универсальный регистр сдвига (рис. 5.4).

Рис. 5.4 Универсальный регистр – микросхема 74194

Возможны 4 режима работы данного регистра:

§ параллельная загрузка;

§ сдвиг вправо (в направлении от Q1 к Q4);

§ сдвиг влево (в направлении от Q4 к Q1);

§ блокировка.

Синхронная параллельная загрузка осуществляется путем подачи 4 разрядов данных на параллельные входы (D1–D4) и установки сигнала высокого уровня на обоих управляющих входах S0 и S1. Данные загружаются в соответствующие триггеры и появляются на выходах после прохождения фронта тактового импульса. Во время загрузки последовательное перемещение данных запрещено.

Сдвиг вправо осуществляется синхронно с прохождением фронта тактового импульса при установке на входе S0 сигнала высокого, а на входе S1 сигнала низкого уровней. В этом режиме данные в последовательной форме поступают на вход сдвига вправо (DR). При установке на управляющем входе S0 сигнала низкого, а на входе S1 сигнала высокого уровней данные синхронно сдвигаются влево, а новые данные поступают на последовательный вход сдвига влево (DL).

Режим блокировки реализуется при подаче на оба управляющих входа сигнала низкого уровня. Режим работы ИС следует изменять только при высоком уровне тактового импульса.

Параллельные регистры сдвига

Последовательный регистр сдвига, с работой которого мы познакомились в предыдущем разделе, обладает двумя не- недостатками: он позволяет вводить только по одному биту

информации на каждом тактовом импульсе и, кроме того, каждый раз при сдвиге информации в регистре вправо те- теряется крайний правый информационный бит. На рис. 8.4, а показана система, которая позволяет осуществлять одно- Входы А, В, С, D в этом устройстве являются информа- информационными входами. Эту систему можно снабдить еще одной полезной характеристикой - возможностью кольцево- кольцевого перемещения информации, когда данные с выхода устройства возвращаются на его вход и не теряются. Схема 4-разрядного параллельного1^ кольцевого регистра сдвига показана на рис. 8.4,6. В этом регистре сдвига ис- используются четыре JK-триггера. Обратите внимание на цепь обратной связи с выходов Q и Q триггера ID на входыJ и К триггера ТА. Благодаря этой цепи обратной связи введенная в регистр информация, которая обычно теряется на выходе триггера TD, будет циркулировать по регистру сдвига. Сигналом очистки регистра (установки его выходов в состояние 0000) является уровень логического 0 на входе CLR. Входы параллельной загрузки данных А, В, С и D свя-связаны со входами предварительной установки триггеров (PS), что позволяет устанавливать уровень логической 1 на любом выходе (А, В, С, D). Если на один из этих входов да- даже кратковременно подать логический 0, то на соответ- соответствующем выходе будет установлена логическая 1. Подача тактовых импульсов на входы CLK всех JK-триггеров при- приводит к сдвигу информации в регистре вправо. Из триггера TD данные передаются в триггер ТА (кольцевое перемеще- перемещение информации).

Табл. 8.2 поможет вам понять принцип работы парал- параллельного регистра сдвига. При включении питания на выхо- выходах регистра может установиться любая двоичная комбина-ция, такая, например, как в строке 1 табл. 8.2. Подача логического 0 на входы CLR триггеров инициирует очистку регистра (строка 2). Далее (строка 3) осуществляется загруз- загрузка в регистр двоичной комбинации 0100. Последовательные тактовые импульсы вызывают сдвиг введенной информации вправо (строки 4-8). Обратите внимание на строки 5 и 6: единица из крайнего правого триггера TD переносится в крайний левый триггер ТА В данном случае можно гово- говорить о кольцевом перемещении единицы в регистре. Далее (строка 9) вновь инициируется очистка регистра с помощью входа CLR. Загружается новая двоичная комби- комбинация ОНО (строка 10). Подача 5 тактовых импульсов (строки 11-15) приводит к кольцевому сдвигу информации на 5 позиций вправо. Обратите внимание, что для возвра- возвращения данных в исходное состояние требуется 4 тактовых импульса. Если в регистре сдвига на рис. 8.4,6 разорвать петлю обратной связи, то мы получим обычный парал- параллельный регистр сдвига: возможность кольцевого переме- перемещения информации будет исключена.

На рис. 8.8 показано использование микросхемы 74194в качестве параллельного двунаправленного регистра сдвига (как вправо, так и влево). Данные загружаются в этот ре- регистр со входов параллельной загрузки А, В, С и D. На одном тактовом импульсе вводятся все 4 бита; введенная информация сразу же появляется и на индикаторе. Загрузка осуществляется только в том случае, когда на оба упра- управляющих входа (SO, SI) подан уровень логической 1. Со- Состояние управляющих входов можно затем изменить для реализации одного из трех режимов: сдвига вправо, сдвига влево или блокировки. На обоих последовательных входах (сдвига вправо и сдвига влево) установлен уровень логиче- логического 0 для засылки в регистр нулей в режимах сдвига вправо или влево. При SO = 0 и S1 = 0 (режим блокировки) данные в регистре не сдвигаются ни вправо, ни влево, а остаются в своих прежних позициях. При использовании микросхемы 74194 нужно всегда помнить о состояниях управляющих входов, поскольку они контролируют работу всего регистра. Очистка регистра (установка в состояние 0000) инициируется подачей логического 0 на вход CLR. При этом блокируется действие всех остальных входов. На рис. 8.9 показан 8-разрядный параллельный регистр сдвига вправо, собранный из двух микросхем 74194. Вход CLR используется для установки выходов регистра в со- состояние 00000000 (очистки регистра). Входы параллельной загрузки (А-Н) позволяют вводить в регистр 8 бит инфор- информации на одном тактовом импульсе (состояние управляю- управляющих входов: S0=l, SI = 1). При S0=l и S1 = 0 (режим сдвига вправо) регистр сдвигает данные на одну позицию вправо на каждом такте. Обратите внимание на цепь обрат- обратной связи, идущую от выхода Н (выход Qjy регистра 2) на последовательный вход сдвига вправо регистра 1. Благода- Благодаря этой цепи обратной связи данные, которые в обычном регистре теряются на выходе Я, возвращаются в разряд А регистра. При S0 = 0h S1 =0 регистр находится в режиме блокировки (данные не сдвигаются). Как вы только что видели, микросхема 74194, предста- представляющая собой 4-разрядный двунаправленный универ- универсальный регистр сдвига, является многофункциональным устройством. Мы рассмотрели лишь несколько примеров использования этой микросхемы. Напомним еще раз, что во всех регистрах сдвига используется триггерная память. Регистры сдвига часто применяются в качестве буферных запоминающих устройств для временного хранения данных; их можно, кроме того, использовать для преобра- преобразования данных" из параллельной формы в последователь- последовательную и наоборот или для задержки информационных сигна- сигналов (как линии задержки). Регистры сдвига, подобные рассмотренным в настоящей главе, входят также в состав схем, реализующих некоторые арифметические операции, и очень широко используются в микропроцессорах и ми- микропроцессорных системах.

На 24 билет этот же ответ!!!!

Принцип кодового разделения каналов, их особенности и области применения. Виды стандартов БС, где применяется принцип кодового разделения каналов. Диапазоны частот, выделенные для систем БС с CDMA.

При кодовом разделении каналов каждому индивидуальной каналу назначается свой характерный ключевой признак (код). Таким признаком может быть номер приемника получателя информации. Затем индивидуальные каналы объединяются в передатчике в групповой сигнал, который передается по каналу связи. Каждому индивидуальному каналу выделяется одна и та же самая широкая полоса частот, так что во время передачи каналы накладываются друг на друга, но поскольку их коды отличаются, они могут быть легко выделены на приемной стороне. Принцип кодового разделения каналов реализован в системах сотовой радиосвязи, использующих технологию многостанционного доступа CDMA.

CDMA - множественный доступ с кодовым разделением.

Каналы трафика при таком способе разделения среды создаются присвоением каждому пользователю отдельного кода, который распространяется по всей ширине полосы. В данном случае не существует временного разделения, и все абоненты постоянно используют всю ширину канала. Нужно заметить, что полоса частот, выделяемая для организации одного канала, очень широка. Вещание абонентов накладываются друг на друга, но поскольку их коды отличаются, они могут быть легко дифференцированы.

В случае использования стандатра CDMA сигнал может быть принят при наличии высокого уровня помех, но при этом сохраняется то же самое или более высокое качество передачи. Все абоненты совместно используют один и тот же частотный ресурс. В стандарте CDMA одна и та же полоса частот используется в каждой соте и в каждом секторе секторизованной соты. В данном случае модель повторного использования частот выглядит как N=1. Эта модель N=1 является тем условием, которое обеспечивает для стандарта CDMA более высокую пропускную способность (емкость) по сравнению с другими технологиями. Помехи, создаваемые другими абонентами и другими базовыми станциями, представляют собой фактор, в конечном итоге определяющий верхний порог пропускной способности сети стандарта CDMA. При разработке первичной сети целью является сведение к минимуму общего уровня помех. В стандарте CDMA существует множество способов снизить уровень помех и довести до максимума емкость сети.

Системы с многостанционным доступом на основе кодового разделения каналов (МДКРК) представляют собой развитие систем с прямым расширением спектра с помощью псевдослучайных последовательностей (ПСП) и систем, с расширением спектра путем перестройки рабочей частоты. Они создают основу для многостанционной связи. В системе МДКРК каждому пользователю выделена отдельная, отличающаяся от других ПСП (рисунок 1).

Рисунок 1 - Совместное использование спектра в МДКРК

Если эти ПСП взаимно некоррелированны, то в пределах одной соты К независимых абонентов могут передавать сообщения одновременно, занимая одну и ту же полосу радиочастот. В приемниках осуществляется корреляционная обработка сигналов (сжатие спектра), в результате чего происходит восстановление переданных сообщений di(t) = 1,...К. Ha рисунке 1 показана концепция совместного использования спектра в системе МДКРК на примере К равным 10 несущих с прямым расширением спектра. Если предположить, что 10 мобильных передатчиков осуществляют передачу одновременно, то на входе приемника базовой станции будут присутствовать 10 перекрывающихся во времени и по частоте сигналов. То же самое можно сказать о приемнике мобильной станции. Если мощности всех принимаемых сигналов считать равны Рs и толькo один полезный сигнал интерферирует с остальными девятью МДКРК сигналами равной мощности, то отношение сигнал/помеха (C/I) нa РЧ входе приемника будет равно 1/9 или (C/JT) = -9,54 дБ.

Такое отрицательное значение отношения сигнал/помеха обусловлено внутрисистемной помехой, создаваемой девятью другими несущими с прямым расширением спектра, одновременно занимающими ту же самую полосу частот, что и несущая полезного сигнала. В результате корреляционной обработки (сжатие спектра) это отрицательное значение отношения несущая/помеха (C/I) в широкой полосе радиочастот преобразуется в положительное значение отношения сигнал/помеха (S/I) в узкой полосе модулирующих частот. Отношение сигнал/помеха в полосе модулирующих частот должно быть достаточно высоким, чтобы гарантировать достижение относительно низких значений Ре. Значение отношения сигнал/помеха (S/I) в полосе модулирующих частот выбирается на несколько децибелов выше по сравнению с отношением сигнал/шум (S/N).

В системах с прямым расширением спектра все каналы передачи сообщений (каналы трафика) в пределах одной соты одновременно совместно используют одну и ту же полосу радиочастот, т.е. радиоканал. Соседние соты могут использовать либо те же самые, либо соседние частотные каналы. Некоторые из подвижных объектов могут располагаться близко к базовой станции, а другие далеко от нее. Сильный сигнал, принимаемый базовой станцией от близкорасположенного подвижного объекта, будет маскировать слабый сигнал, принимаемый от удаленного подвижного объекта. Этот эффект маскирования или внутриполосной помехи, создаваемой близкорасположенным подвижным объектом, известен под названием помехи «ближний - дальний». Помеха этого вида представляет серьезную проблему при проектировании и применении МДКРК систем.

Управление мощностью позволяет снизить уровень помехи «ближний-дальний». Идеальная схема управления мощностью обеспечивает равенство мощностей всех принимаемых базовой станцией сигналов подвижных объектов, расположенных в данной соте, независимо от перемещений, потерь при распространении радиоволн и/или расположения подвижного объекта. Измеренный уровень принимаемого пилот-сигнала на подвижном объекте позволяет оценить потери при распространении радиоволн от передатчика базовой станции до приемника подвижного объекта. По результатам оценки потерь на подвижном объекте формируется сигнал управления передаваемой мощностью и устанавливается необходимая мощность передатчика. Эта процедура повторяется с необходимой скважностью и благодаря этому достигается адаптивное управление с разомкнутой петлей. Здесь предполагается, что потери при распространении в прямой и обратной радиолиниях одинаковы. Однако регулирование с разомкнутой петлей не всегда может обеспечивать достаточную точность и качество.

Реальная точность управления мощностью с помощью замкнутой ТхРС петли равна 1,5 дБ. В идеальном случае она должна быть равна 0 дБ. Это означает, что все переданные сигналы от различных подвижных объектов должны быть приняты с одинаковой мощностью, т.е. разность их уровней равна 0 дБ. Это позволяет разрешить проблему близкорасположенного и удаленного пользователей и оптимизировать (максимизировать) емкость сотовых МДКРК систем.

***** Кодовое разделение каналов осуществляется использованием взаимокорреляционных свойств специальных кодовых последовательностей. Эти последовательности, имея функцию корреляции, близкую к дельта-функции, называются псевдослучайными.

Целесообразность применения кодового разделения каналов объясняется высокой пропускной способностью вследствие использования каждым абонентом общей выделенной полосы частот и высокой помехоустойчивостью.

В коммерческой связи применение систем с кодовым разделением каналов стало возможным благодаря большим достижениям в области цифровой обработки сигналов.

Технология CDMA (Code Division Multiple Access), в основе которой лежит ортогональное разделение сигналов, известна давно. В СССР первая работа, посвященная этой теме, называлась «Основы теории линейной селекции» была опубликована в сборнике ЛЭИС еще в 1935 году, а ее автором был Дмитрий Васильевич Агеев. А начиная с 60-х годов прошлого века технология CDMA использовалась в военных и специальных системах связи как в СССР, так и в США, поскольку обладала многими ценными для таких систем преимуществами, в частности, скрытностью. Технология CDMA манипулирует тремя параметрами информационного сигнала — частотой, временем и энергией! Канал CDMA является реально широкополосным (минимальная ширина полосы частот 1,23 МГц). Частотный канал разбивается на несколько десятков логических, передача и приём по которым осуществляется в одной полосе частот одновременно. На передаче сигналы от различных источников обрабатываются каждый своим кодом и объединяются в широкополосный сигнал с распределенной энергией, а на приемной стороне разделяются с помощью аналогичных кодов. Основная идея заключается в том, что в одной и той же полосе частот создаются сигналы, практически не влияющие друг на друга. В отличие от FDMA и TDMA, где энергия сигнала концентрируется на выбранных частотах или временных интервалах, сигналы CDMA распределены в непрерывном частотно-временном пространстве. Одна и та же полоса частот используется всеми каналами одновременно.

Данный метод нашел применение при создании стандартов цифровой сотовой связи, например IS-95, IMT МС-450, UMTS, CDMA-2000 и др.

В настоящее время стремление к развитию технологии доступа с кодовым разделением каналов объясняется ожидаемым увеличением плотности абонентов, устойчивостью к помехам, высокой степенью защищённости передаваемых данных от несанкционированного доступа и лучшими энергоэкономическими показателями. Ёмкость базовых станций с технологией CDMA существенно больше по сравнению с существующими стандартами сотовой телефонии, в которых используется частотное или временное разделение каналов.

Преимущества CDMA перед другими системами следующие:

· ёмкость базовых станций увеличивается в 8-10 раз по сравнению с AMPS и в 4-5 раз — по сравнению с GSM;

· высокая помехозащищённость канала связи;

· высокая конфиденциальность передаваемых сообщений (более сложный цифровой радиоинтерфейс);

· высокое качество в разговорном тракте — отсутствие некомфортных шумов и выпадений полезного сигнала, сочный тембральный окрас речи говорящего;

· высокая скорость передачи данных;

· высокая эффективность использования спектра частот — отсутствие частотного планирования и повторное использование одних и тех же полос частот на одной территории;

· высокая экологичность терминального оборудования (сотовых телефонов) — их мощность передачи в несколько раз меньше мощности телефонов такого же класса других стандартов;

· высокая пропускная способность CDMA-сети.

К недостаткам относятся:

· сложное системное планирование (размещение базовых станций на местности);

· многоступенчатое управление мощностью передачи мобильной станции (в IS-95 восемьдесят ступеней управления) — для снижения внутрисистемных помех;

· жёсткие требования к синхронизации CDMA-сети.