Скляр Б. Цифровая связь (2003) (1151859), страница 169
Текст из файла (страница 169)
Сигналы„передаваемые спутниками, должны соответствовать международным стандартам относительно спектральной плотности вблизи поверхности Земли. Путем распределения энергии сигнала спутника по расширенному диапазону можно увеличить полную энергию переданного сигнала, что позволяет улучшить производительность системы, а также удовлетворить требования стандартов относительно плотности энергии.
Точность измерения расстояния может быть повышена "за счет увеличения ширины полосы сигнала. При использовании гауссова канала результат, полученный путем одноразового измерения единичного импульсного сигнала, ие будет достаточно точиым. Метод расширенного спектра предполагает применение кодированного сигнала, состоящего из длинной последовательности изменений полярности (иапример, сигнал с модуляцией РБК). В приемнике получеииая последовательность сопоставняется с локальной копией, и результаты такого сопоставления позволяют произвести точное измерение расстояния. 12.1.1.4. Миожвстввииый доступ Методы расширенного спектра примеияются в системах связи множественного доступа для управления совместным использованием ресурса связи большим числом пользователей. Данный метод называется множественным доступом с кодовым разделением (соде-д!ч!з!оп пш!г!р!е ассеьв — С!)МА); его краткое описание приведено в главе 11.
Одной из особенностей СОМА является сохранение коифидеициальиости связи между пользователями, имеющими разные сигналы расширенного спектра. Отслеживание сеанса связи будет непростой задачей для пользователя, ие имеющего доступа к определенному сигналу. Более подробно данный вопрос будет рассмотрен позже. 12.1.2. Методы расцзиреиия спектра На рис. 12.4 отмечены распространенные методы расширения информационного сигнала иа большее число координат диапазона.
Для сигнала с длительностью Т и ширииой полосы !У размерность пространства сигналов приблизительно равна 2йгТ. Размерность диапазона можно повысить за счет увеличения И' (расширение спектра) или Т (расширение временного диапазона или переключение временных иитервалов). При расширении спектра сигнал расширяется в частотной области. При переключении времеииых интервалов сообшеиию, передаваемому со скоростью й, вьщеляется более длительное время, чем необходимо для передачи данных с помощью обычного метода модуляции. В течение этого времени данные передаются отдельиыми пакетами согласно требованиям кода. Можно сказать, что при переключении временных иитервалов сигиал расширяется во временной области. В обоих случаях создание предиамереииых помех будет осложиеио тем, что область, используемая сигналом в каждый момент времени, будет неопределенной.
Первые два метода, указанные в разделе "расширение спектра" иа рис. 12.4,— метод прямой последовательности (д!гесг зеспепс!пя — !2Б) и метод скачкообразной перестройки частоты ((гег!цепсу !горр!пя — ГН) — являются наиболее распростраиеииыми. Третий метод, переключение временных интервалов (г!ше !торр!пя — ТН), используется при наличии преднамеренных помех, поскольку ои позволяет скрывать координаты сигнала от потенциального противника. Кроме того, существуют смешанные методы, такие как ОБ/ГН, ЕН/ТН или ОБ/РН/ТН.
Поскольку эти методы — просто развитие основных, детально оии рассматриваться ие будут. В данной главе основное внимание обращается на два основных метода расширеиия спектра: прямой последовательности и скачкообразной перестройки частоты. 12.1.3. Моделирование подавления интерференции с помощью расширения спектра методом прямой последовательности х(г)д(г) е+ Х(от) * б(от). (12.2) Нежелательный сигнал Ширина полос расширенного и гнала, игчч" %~ Информационны сигнал х(г) Скорость передачи, Я Вссстановленный информационный сигнал Сигнал кода расширении.
о(В Скорость передачи элементарных сигналов, ягл Сигнал кода расширении, д(() Сксрсстьпервдачи элементарных сигналов, Яа, Рис. 12Д Основа метода расширенного спектра Следовательно, если информационный сигнал является узкополосным (по сравнению с расширяющим сигналом), произведение х(г)д(г) будет приблизительно равно ширине полосы расширяющего сигнала (см. раздел А.5).
В демодуляторе полученный сигнал умножается на синхронизированную копию расширяющего сигнала д(г), в результате чего получается суженный сигнал. Для отсеивания побочных высокочастотных компонентов используется фильтр с шириной полосы й. Следует отметить, что любой нежелательный сигнал, полученный приемником, будет расширен путем умножения на д(т), точно так же как передатчик расширяет исходный сигнал.
Рассмотрим, как это скажется на станции-постановщике помех, которая пытается создать узкополосную помеху в диапазоне передачи информации. Первая операция на входе приемника — умножение на расширяющий сигнал расширения. Таким образом, помехи будут расширены по всему диапазону этого сигнала. Наиболее важные особенности помехоустойчивой системы связи расширенното спектра можно сформулировать следующим образом.
1. Однократное умножение на д(г) приводит к расширению диапазона сигнала. 2. Повторное умножение и последующее фильтрование восстанавливают исходный сигнал. 3. Исходный сигнал умножается даалсды, тогда как сигнал-помеха умножается только один раз. На рис. 12.5 представлена модель подавления интерференции с использованием расширения спектра методом прямой последовательности (д!тес(-зеццепсе зргеадзрес(гшп — РБ/ББ).
Сигнал х(г), характеризующийся скоростью передачи данных Я бит1с, модулируется путем умножения на расширяющий кодовый сигнал д(г), скоРость пеРедачи котоРого Равна йи, элементаРных сигналов1с. ПРедположим, что полосы передачи для х(г) и д(г) равны л и йм Гц. Умножение данных двух функций во временной области соответствует их свертке в частотной области: 12.1.4. Историческая справка 12.1.4.1. Передача или хранение опорного сигнала В течение первых нескольких лет исследования систем расширенного спектра синхронизация работы приемника и передатчика производилась с помощью истаяло случайною расширяющего сигнала (например, широкополосного шума). Такие устройства получили название систем связи с передачей опорною сигнала (пвпзш!цед шуегепсе — ТК). В системах ТК передатчик отправляет две версии непредсказуемых широкополосных несущих, одна из которых модулируется данными, а другая остается немодулированной.
Указанные два сигнала передаются по разным каналам. Приемник использует немодулированную несущую для сужения несущей, модулированной данными. Основное преимушество систем ТК— отсутствие серьезных проблем синхронизации в приемнике, поскольку оба сигнала передаются одновременно. Существенные недостатки ТК заключаются в следующем; (1) расширяющий код отправляется незашифрованным, потому доступен для прослушивания; (2) в систему легко внедрить чужеродную информацию, если послать пару сигналов, приемлемых с точки зрения приемника; (3) наличие шумов в обоих сигналах приводит к росту вероятности ошибки при низкой мощности сигнала; (4) для передачи опорного сигнала требуется удвоить ширину полосы и мощность сигнала.
Все современные системы расширенного спектра построены с использованием метода хранения овояяою сигнала (зюгед геГегепсе — БК). В этом случае опорный сигнал независимо генерируется приемником и передатчиком. Основным преимуществом систем ЯК является то, что при правильном выборе кода сигнал не может быть определен путем прослушивания. Нужно отметить, что кодовый сигнал системы БК, сходный по характеристикам с белым шумом, не может быть истинно случайным, как в случае системы ТК.
Поскольку один и тот же код должен быть независимо сгенерирован двумя или более пользователями, последовательность кода должна быть детерминированной (хотя двя "неуполномоченных слушателей" она может казаться случайной). Такая последовательность детерминированных сигналов называется псевдошумовой (рзецдопо!зе — РХ), или же псевдослучайной (рзеидогапдот) последовательносп'ю. Более подробно генерирование псевдослучайных последовательностей будет рассмотрено позже. 12.1.4.2.
Шумовые колеса В конце 40-х — начале 50-х годов Мортимер Рогофф (Мопппег Кодой), сотрудник 1ТТ (1и!егпайопа1 Те1ерЬопе апд Те!айтау Согрогаг(оп — Международная телефонная и телеграфная корпорация, США), провел новаторский эксперимент с использованием систем расширенного спектра [5). Используя фотографию, Рогофф построил "шумовое колесо", содержащее информацию о псевдослучайном сигнале. Из телефонного справочника Манхеттена были выбраны 1440 номеров, не заканчивающихся на "00".
Две средние из четырех последних цифр каждого номера были радиально расположены с интервалом !/4', после чего график был перенесен на пленку в виде колеса (рис. 12.6). При вращении колеса свет, излучаемый нз прорези, модулируется по амплитуде и формирует псевдослучайный расширяющий сигнал, который может быть зафиксирован фотоэлементом. Рогофф установил два идентичных шумовых колеса на ось, врашаемую синхронным двигателем с частотой 900 об/мин.
Расширяющий сигнал одного из колес модулировався данными (и помехами), после чего поступал на один из входов принимающего коррелятора. На другой вход коррелятора поступал немодулированный сигнал второго колеса. Эксперименты проводились с узкополосными сигналами на скорости ! бит/с.
В результате была доказана возможность передачи информации в виде сигналов, подобных шуму [4[. Рис. ?2.б. Шумоеое колесо Ролоффа. (Перепечатано с разрешение 1ТТ иэ 5есг(он ( (Саттон(сайенс) оу ".барр(тайен оу бсасий'- са( Месйобэ го Бесгесу Соттинтайон Булгетэ," Ргороэа! 94б, Рею Те(есотт, ГаЬ., Аиаюй 28, 395й Бд. б) 12.2. Псевдослучайные последовательности Системы связи расширенного спектра с передачей опорного сигнала (ггапзшйгед ге(егепсе — Тй) могут использовать истинно случайный кодовый сигнал для расширения н сужения, поскольку кодовый сигнал и модулированный данными кодовый сигнал одновременно передаются в разных областях спектра. Метод хранения опорного сигнала (зГогес) гегегепсе — Бй) не лоэволяет использовать истинно случайные кодовые сигналы, поскольку код должен храниться или генерироваться приемником. В системах Бсч должен применяться лсевдоисумовой (рзепдопойе) или лсеадослучайный (рзепдогапоош) кодовый сигнал.
В чем отличие псевдослучайного кода от истинно случайного? Случайная последовательность непредсказуема и может быть описана только в статистическом смысле. Псевдослучайный код на самом деле не является случайным — зто детерминированный периодический сигнал, известный передатчику и приемнику. Так почему же он называется "псевдослучайным"? Причина в том„что он имеет все статистические свойства дискретного белого шума.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
