Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами (1985)

ББК 32.841 В18 УДК 621.39:621.391.82 2402020000 — 078 и 42 — 85 046(01) 85 ББК 82.841 БФ! Р Е Ц Е Н 3 Е Н Т докт. техн, наук А. А. СНКАРЕВ Редввивв литературы по радиотехнике Леонид Егорович Варакин СИСТЕМЫ СВЯЗИ С ЩУМОПОДОБНЫМИ СИГНАЛАМИ Заведующий редакцией В. Л. Стерны гав Редактор Л. И. Венгревюк Худажествевнми редактар Т. В. И уса р о за Переплет художянка Л.

Г. Б а к у гневов Технический редактор 3. Н. Р а ты ыко в а Корректор Т. В. Да ем адовые ИБ 20 1087 Сдано в набор 26.10.34 Подпвсапо в печать 23.01.33 Т-03039 Формат 60х90Ч>« Бумага тяпогр..м 2 Гарнктура литературная Печать высокая Уел. печ. л, 24,0 Уел, кр.-отт, 24,0 Уч.-нзд. л, 26,ог Тнраж 10000 зкз. Изд. Нз 19131 Зак. Ит 111 Цена 1 р. 60 к. Издательство «Радио ы связь». 101000 Москва, Почтамт, а/я 693 Московская тнпаграфня Вт 3 ВГО «Союзучетыздат» 101000 Москва, ул. Кирова. д.

40 БУ Издательство «Радво и свяаьь, 1985 Варакин Л. Е. В18 Системы связи с п1умоподобными сигналами.— М.: Радио и связь, 1985. — 384 с., ил. и перл ! р. 60 к. 10000 вкв. Рассматрнваются общие характеристики систем связы с шумоподобяынн сягналамн, передаче н прием днскретлых н непрерывных сообщениЯ. Излагаются войросы прнмеяення карректнрующнх кодов, помехаустоачнвастн прнема прн различных мощных помехах, формнравання н обработки таких сагналов, последние достнження в теории н практнке систем связи с шумоводобнымн сыгыаламн.

Для инженерно-технических работннков, занымающнхся ыраектнрованнем систем перецзчн ннформацнн. Предисловие Системы связи с шумоподобными сигналами (ШПС),известны четверть века. За это .время их преимущества стали очевидными, а их многие недостатки устранены. В настоящее время системы связи с ШПС получают все более пьирокое,распространение. Процесс,расширения областей использования систем связи с ШПС необратим и в ближайшем будущем внимание к ним будет усиливаться. Основу теории систем связи с ШПС заложили работы В. А.

Котельникова [Ц и К. Шеннона [21, а основы кодового разделения — работа Д. В. Агеева [31. По теор~ни и технике систем связи с ШПС написано много книг, статей, обзоров, сведения о которых до 1981 г. можно найти в книгах [4 — 91. Системы связи с ШПС занимают особое место среди различных систем связи, что объясняется их свойствами. Во-,первых, они обладают высокой помехозащищенностью при действии мощных помех. Во-вторых, обеспечивают кодовую адресацию большого числа абонентов н их кодовое разделение при работе в общей полосе частот. В-третьих, они обеспечивают совместимость приема информации с высокой достоверностью и измерения параметров движения объекта с высокими точностями и раэрыпающими способностями. Все эти свойства систем связи с 1БПС были известны давно, но, поскольку мощности помех были относительно невысоки, а элементная база не позволяла реализовать устройства формирования .и обработки в приемлемых габаритах, то долгое время системы связи с ШПС широкого развития не получали.

К настоящему моменту положение резко изменилось. Мощность помехи на входе приемника может на несколько порядков превышать мощность полезного сигнала. Для обеспечения, высокой помехозащищенности при подобных помехах необходимо использовать ШПС со сверхбольшими базами (десятки-сотни тысяч), ансамбли (системы) сигналов должны состоять из десятков — сотен миллионов ШПС со сверхбольцьими базам~и. Следует отметить, что основы теории ШПС со сверхбольшими базами сформировались только в последнее время. В свою очередь реализация устройств формирования и обработки таких сигналов становится возможной в ближайшем будущем благодаря бурному развитию сверхбольших интегральных схем (СВИС), специализированных микропроцессоров (СМП), приборов с поверхностными акустическими волнами (ПАВ), приборов с зарядовой связью (ПЗС). Все эти причины и вызвали новый период расцвета систем связи с ШПС, в результате которого через некоторое время появятся таыне системы второго поколения.

Помимо применения в условиях воздействия мощных помех, системы связи с ШПС начинают успешно конкурировать с широко распространенными системами связи с частотной модуляцией и частотным разделением каналов, применяемых для связи с подвижными объектами. Создание малогабаритных устройств форми- 3 рования и обработки ШПС с базами 10з...10з позволит широко внедрить ШПС в системы связи и управления подвижными объектлыи л крупных городах.

По этим причинам к системам связи,с ШПС привлечено серьезное внимание большого круга научно-технических ~работников, разработчиков помехозащищенных систем связи, о чем свидетельствует рост публикаций в пер~ноднческой печати ло системам связи с ШПС и по смежным вопросам. По системам связи с ШПС ранее было издано несколько хороших книг, однако уже в настоящее время они не могут служить основой для изучения проблем перспективных систем связи с ШПС и,решения теоретических и практических задач. Необходимо отметить также, что большинство изданных ранее книг написаны авторами иа основе проведенной ими большой научно. исследовательской работы. Поэтому некоторые из книг содержат как общие интересные результаты, так и результаты частные, ~не имеющие принципиального значения.

Именно по этой причине и возникла идея составить книгу по системам связи с ШПС, которая должна содержать только принципиальные вопросы теории и техники помехозащищенных систем связи с ШПС. Из многочисленных теоретических результатов приведены только фундаментальные результаты, причем доказательства опущены, так как их можно найти в опубликованных книгах и статьях. При изложении технических вопросов приведены только те технические решения, которые основаны на перспективной элементной базе.

В системных вопросах уделено внимание только основным характеристикам систем связи с ШПС. Книга написана как по результатам многочисленных работ, опубликованных исследователями в различных странах, так и на основе работ автора и является логическим продолжением его книг ло ШПС [4, 5~. Все замечания и предложения по книге следует направлять по адресу: 101000 Москва, Почтамт, а/я б93, издательство «Радио и связь». РАЗДЕЛ Е ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ШУМОПОДОБНЫХ СИГНАЛАХ 1. ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ШУМОПОДОВНЫХ СИГНАЛОВ В СИСТЕМАХ СВЯЗИ 1.1. Определение шуиоподобных сигналов и широкополосных систем свави Шумоподобными ситналам~и (ШПС) называют такие сигналы, у которых произведение ширины спектра Р на длительность Т много больше единицы.

Это произведение называется базой сигнала,и обозначается В, т.,е. В =РТ. (1.1) У ШПС В))1. Шумоподабные сигналы, иногда называют сложными в отличие от простых сигналов с В=1. Поскольку у сигналов с ограниченной длительностью спектр имеет неограниченную протяженность, то для определения ширины спектра используют различные методы и приемы.

Для реальных ШПС, состоящих из конечного числа элементов, всегда можно однозначно определить н Р, и В. В системах связи с ШПС ~ширина спектра ШПС Р всегда много больше ширины спектра передаваемого сообщения. В цифровых системах связи, передающих информацию в виде двоичных символов, длительность ШПС и скорость передачи информации Я связаны соотношением Т= Цзт. Поэтому база ШПС В =Р/Я (1.2)' характеризует расширение спектра ШПС относительно спектра сообщения.

В аналоговых системах связи, у которых верхняя частота сообщения равна В' и частота отсчета равна 207, В=Р/2)Р. '(1.3)' И если В))1, то Р=»Я и Р))2)р. Именно поэтому системы связи с ШПС в зарубежной литературе получили название системы связи с расширенным (илн распределенным) спектром, а в отечественной литературе — широкополосные системы связи.

В дальнейшем термин «широкополосные системы связи (ШСС)» будет относиться только,к системам связи с ШПС. 'Шумоподобные сигналы получили применение в широкополос- з иых системах связи, тал как: обеспечивают высокую помехозащищенность систем связи; позволяют организовать одновременную работу многих абонентов в общей полосе частот при асинхронно— адресном принципе работы системы связи, основанном на кодовом разделении абонентов; позволяют успешно бороться с много- лучевым распространением радиоволн путем разделения лучей; обеспечивают совместимость передачи информации с измерением параметров движения объекта в системах подвижной связи; обеспечивают электромагнитную совместимость (ЗМС) ШСС с узкополосными системам~и радиосвязи,и радиовещания, системами телевизионного вещания, обеспечивают лучшее ~использование спектра частот на опраннченной территории по сравнению с узкополосными системами связи.

1.2. Помехоаащищеииоеть Это способность системы связи ~противостоять воздействию мощных .помех. Помехозащищенность включает в себя скрытность системы связи и ее помехоустойчивость, так как для создания мощных помех, надо сначала обнаружить систему, связи и измерить основные параметры ее сигналов, а затем организовать мощную, наиболее сильнодействующую помеху. Чем выше скрытность и помехоустойчивость, тем выше помехозащищенность системы связи. 1.3. Помехоустойчивость ШСС Она определяется широко известным соотношением, связываю-. щим отношение сигнал помеха на выходе приемника (на выходе согласованного фильтра или коррелятора) д' с отношением сигнал-помеха ла входе приемника р: д'=2Вр', (1.4)' где рз=Р,)Р, (Р„Р, — мощности ШПС и помехи), д'=2Е~И„ Š— энергия ШПС, У, — спектральная плотность мощности помехи в полосе ШПС.

Соответственно Е=Р,Т, а М„=Р„~Р, В база ШПС (1.2), (1.3). Отношение сигнал-помеха на выходе дз определяет рабочие характеристики приема ШПС, а отношение сигналэпомеха на входе р~ — энергетику сигнала,и помехи. Величина д' может быть получена согласно требованиям к системе (1О...ЗО дБ) даже если рз«1. Для этого достаточно выбрать ШПС с необходимой базой В, удовлетворяющей (1.4). Как видно лз соотношения (1.4), прием ШПС согласованным фильтром или коррелятором сопровождается усилением сигнала (или подавлением помехи) в 2В раз.