Система - расширенный спектр
Cтраница 1
Системы расширенного спектра ( spread-spectrum systems) - это системы, в которых для исключения интерферирующих сигналов используются методы расширения полосы частот. Если спектр расширяется методом прямой последовательности ( direct-sequence spread-spectrum - DS / SS), то, как было показано ранее, многолучевые компоненты отбрасываются, если задержка их поступления превышает длительность одного элементарного сигнала. Однако чтобы приблизиться к характеристикам AWGN, необходимр компенсировать потерю энергии, которая содержится в этих отброшенных компонентах. Таким образом, можно сказать, что при использовании RAKE-приемника в системе DS / SS получается разнесение по пути распространения. [1]
 |
Демодулятор FFH / MFSK. [2] |
В системах расширенного спектра ( DS и FH) для успешной демодуляции принятого сигнала приемник должен обладать синхронизированной копией расширяющего или кодового сигнала. [3]
Поскольку изначально системы расширенного спектра разрабатывались для военных целей, в начале главы подробно рассмотрены методы повышения устойчивости к преднамеренным помехам. Применение псевдослучайных последовательностей является основой всех современных систем связи расширенного спектра. Поэтому здесь подробно описаны псевдослучайные последовательности. Кроме того, в этой главе подробно рассмотрены два основных метода связи расширенного спектра: использование прямой последовательности и скачкообразной перестройки частоты. Проанализирован также процесс синхронизации сигналов для систем связи расширенного спектра. Особое внимание уделено коммерческому использованию методов расширенного спектра. [4]
Таким образом, система расширенного спектра эффективно устраняет многолучевую интерференцию за счет корреляционного ( по коду) приемника. Хотя наличие введенной каналом ISI обычно не заметно для систем DS / SS, такие системы подвержены потерям энергии, содержащейся в многолучевых компонентах, отклоняемых приемником. В этом приемнике каждому многолучевому компоненту выделяется отдельный коррелятор. Приемник когерентно суммирует энергию каждого луча, избирательно задерживая их ( более ранние компоненты задерживаются дольше) таким образом, чтобы они объединялись когерентно. [5]
Фундаментальным вопросом в использовании систем расширенного спектра является предлагаемая ими степень защиты сигнала от помех ограниченной мощности. Методы расширения спектра расширяют относительно низкоразмерный сигнал в многомерное сигнальное пространство. Сигнал скрыт в этом сигнальном пространстве, поскольку предполагается, что станции-постановщику преднамеренных помех неизвестны координаты передачи сигнала в каждый момент времени. [7]
DS / SS) может использоваться для уменьшения искажений, вызванных частотно-селективной ISI, поскольку отличительной особенностью систем расширенного спектра является их способность отфильтровывать помехи, a ISI - это один из видов помех. Рассмотрим систему DS / SS, в которой используется двоичная фазовая манипуляция ( binary phase-shift keying - BPSK) и канал связи, содержащий один прямой и один отраженный путь. Пусть распространение от передатчика к приемнику приводит к многолучевому распространению сигнала, запаздывающего на т по сравнению с прямым сигналом. [8]
Чем компактнее спектр передачи сигналов, тем выше разрешенная скорость передачи данных или больше число пользователей, которые могут обслуживаться одновременно. Это имеет большое значение для поставщиков услуг связи, поскольку более эффективное использование доступной ширины полосы приносит больший доход. Для большинства систем связи ( за исключением систем расширенного спектра, рассмотренных в главе 12) нашей задачей является максимальное сужение требуемой полосы системы. [9]
Каждый график зависимости амплитуды от задержки подобен зависимости S ( i) от т, показанной на рис. 15.8, а. Ключевое различие состоит в том, что амплитуды, показанные на рис. 15.10, представляют выход коррелятора; следовательно, форма сигнала является функцией импульсной характеристики не только канала, но и коррелятора. Задержка выражена в единицах длительности элементарных сигналов, где элементарный сигнал ( chip) определяется как минимальный ( по длительности) операционный блок системы расширенного спектра. На каждом графике время наблюдения отложено на оси, перпендикулярной плоскости зависимости амплитуды от задержки. В то же время рис. 15 10 является полезной иллюстрацией трех различных состояний канала, которые могут быть применены для мобильной радиосвязи. Как показано на рисунке, на мобильный радиоприемник, движущийся вдоль оси времени наблюдения, влияют изменения профиля многолучевого распространения вдоль маршрута распространения. [10]
 |
Система FH / MFSK. [11] |
В общем случае для модуляции сигнала в системе расширения спектра методом прямой последовательности используется схема BPSK или QPSK. Предположим, что двоичный символ состоит из 1000 элементарных кодовых сигналов BPSK. Для демонстрации того, что такая система расширенного спектра позволяет более устойчивую передачу ( относительно узкополосной системы), рассмотрим следующий пример. Представим, что в процессе детектирования решение относительно значения принятого символа принимается для каждого из 1000 элементарных сигналов. Разумеется, в действительности такое не происходит; 1000 элементарных сигналов собираются, и проверяется их корреляция с кодом, что порождает единое решение относительно значения бита. Но даже если принять такую схему, то бит будет детектирован правильно, даже если 499 решений из 1000 будут неверными. [12]
Может возникнуть вопрос, почему в качестве модулирующих волн были выбраны 64-ричные функции Уолша. Для сохранения мощности за счет уменьшения ширины полосы было бы логично использовать М - арную частотную манипуляцию, например, MFSK. По мере возрастания М ширина полосы будет увеп личиваться и одновременно будет снижаться отношение E N0, необходимое для получения заданного уровня достоверности передачи. Использование подобного метода передачи сигнала для низкочастотной системы является компромиссным решением, поскольку снижение необходимого уровня мощности достигается за счет увеличения ширины полосы. Однако для систем расширенного спектра, соответствующих стандарту IS-95, применение 64-ричных функций Уолша для модуляции можно описать как бесплатное приобретение, поскольку система уже использует расширенную полосу в 1 25 МГц. Применение 64-ричных ортогональных функций не приводит к дальнейшему расширению полосы. Если представить, что форма импульсов на графике функций Уолша ( рис. 12.41) несколько округлена, то не напомнило бы вам это форму сигналов MFSK. Да, графики этих двух функций весьма похожи. В общем случае базовая станция детектирует 64-ричные функции Уолша некогерентно, что аналогично детектированию 64-ричных тонов FSK. [13]
Интуитивно можно предположить, что чем чаще происходят скачки частот, тем проще скрыть сигнал от преднамеренных помех. Ведь если скорость изменения частоты не влияет на чувствительность к помехам, то почему же не применяются системы, в которых частота меняется один раз в день или раз в неделю. Ответ на этот вопрос скрывается в исходных предположениях, которые мы приняли в начале рассмотрения. В ходе вычисления коэффициента расширения спектра сигнала Gp предполагалось, что генератор помех не может предугадать положение сигнала в любой момент времени, имея в то же время информацию о ширине полосы расширенного спектра W Считалось, что скорость перестройки частоты достаточно велика, так что генератор помех не успевает проследить за процессом передачи и, соответственно, изменить свою тактику. При каких условиях это предположение может быть неверным. Кроме уже рассмотренных, существуют интеллектуальные постановщики помех, так называемые постановщики ретрансляционных помех ( repeat-back jammer), способные проследить процесс передачи сигнала, что, как правило, делается с помощью бокового луча передающей антенны. Такие генераторы характеризуются высокой скоростью обработки сигнала, а также способностью приема сигналов в широкой области спектра. Это позволяет сконцентрировать мощность помех в непосредственной близости от сигнала системы FH / FSK. Преимущество постановщика помех такого типа перед широкополосным очевидно, поскольку помехи могут быть сконцентрированы в той полосе диапазона, которая используется для связи в каждый момент времени. Следует отметить, что такой метод подавления сигнала эффективен только по отношению к системам расширенного спектра со скачкообразной перестройкой частоты, поскольку в системах, использующих метод прямой последовательности, не существует мгновенного узкополосного сигнала, который можно было бы запеленговать. [14]
Страницы: 1