Спилкер Дж. Цифровая спутниковая связь (1979) (1151860), страница 96
Текст из файла (страница 96)
Например, описанные в гл. 17 псевдослучайные последовательности двоичных символов максимальной длины, получаемые на выходе репистра сдвига с обратными связями, имеют корреляционные функции, принимающие только два значения. Легко получить столь большой период такой псевдослучайной последовательности, при котором можно не считаться с проблемой неопределенности при измерениях. Обычно в системах со слежением на передающей стороне псевдослучайная двоичная последовательность модулирует несущее колебание, в результате чего формируется зондирующий ШПС. В спутниковых системах связи такой ШПС либо излучается непосредственно со спутника, либо излучается земной станцией в сторону спутника, а затем переизлучается его ретранслятором.
В обоих случаях этот ШПС принимается земной станцией с помощью соответствующей аппаратуры. Здесь радиосигнал когерентно демодулируется, а затем восстановленная псевдослучайная двоичная последовательность, искаженная аддитивным шумом, г" ма~4 р(у рай ЗПВ), и рЭ г Б Б публикациях эти сигналы называются также широкополосными, широиобазовыми, составными, сложными. База этих сигналов — произведение ширины спектра на длительность во времени — значительно больше единицы. тгурихс ред.) 475 вается оценка запаздывания принимаемого ШПС относительно некоторого опорного сигнала. Начальная часть данной главы посвящена процедуре измерения запаздывания во времени псевдослучайной двоичной последовательности, получаемой при демодуляции принимаемого ШПС.
Далее обсуждаются другие варианты следящего приема ШПС, при которых, например, ие производится когерентная демодуляция принимаемого радиосигнала, а используются корреляционные свойства видеоимпульсной псевдослучайной. последовательности символов. Эти варианты приема ШПС пригодны, например, в случаях, когда ШПС модулируется по фазе передаваемым информационным сигналом.
При этом можно некогерентно следить за ШПС без предварительного снятия модуляции, вызванной информационным сигналом. В этой главе обсуждаются варианты реализации следящего приема ШПС. Предложены квазилинейные модели слежения, исследуется их пороговая помехоустойчивость.
Для когерентного и корреляционного (по огибающей) методов приема ШПС обсуждаются переходные характеристики режимов захвата и слежения, что очень важно для систем связи с многостанционным доступом. Показано, что эти характеристики в значительной мере зависят от структуры используемых псевдослучайных последовательностей. С этой целью рассматривается изменение корреляционной н взаимокорреляционной функций при ограничении (стробировании) во времени псевдослучайных последовательностей и при учете доплеровского сдвига частоты несущего колебания, как для описанных в гл. 17 псевдослучайных последовательностей, так и для других видов случайных последовательностей, похожих по структуре на упомянутые.
Целью данной главы является изложение основных принципов построения и работы схем следящего приема ШПС. В частности, рассматриваются следующие важные аспекты автоматического слежения во времени за ШПС: следящий дискриминатор по групповой полосе частот; следящий дискриминатор по групповой полосе частот при амплитудном ограничении или квантовании сигналов; следящий прием ограниченного по частоте ШПС с вычислением корреляции по огибающей; формирование опорных псевдослучайных сигналов для взаимокорреляционного приема; переходные характеристики следящего дискриминатора; поиск сигнала и захват; корреляционные характеристики ШПС при ограничении цо, времен~и; влияние на взаимокорреляционный прием ШПС эффекта Доплера и искажений в фильтрах; ансамбли псевдослучайных последовательностей с хорошими взаимокорреляционными свойствами применительно к задачам систем связи с МДВР, в частности коды Голда.
476 хз.в. ХехНикА слеДЯЩеГО измеРениЯ 3АпАВДИВАниЯ сиГнАЯОК В этом параграфе обсуждаются принципы двух вариантов следящего приема ШПС: при когерентном приеме и корреляционном приеме по огибающей в групповой полосе частот. Вопросы помехоустойчивости и переходные характеристики когерентного декодера ШПС рассматриваются в 5 18.3. Используя результаты гл, 17, нетрудно показать, что, измерив разность расстояний между различными земными станциями и спутником, с одной стороны, и между данной земной станцией и спутником, с другой, или же измерив разность запаздываний во времени сигналов, принимаемых на спутнике от других станций системы и от данной земной станции, можно синхронизировать работу всей системы связи, т.
е. получить общую систему отсчета времени относительно реального бортового опорного генератора меток времени (часов) нли же относительно гипотетического датчика при размещенич опорного генератора меток времени на центральной станции системы. На рис. 18.1 представлена функциональная схема измеренисг дальности, основанная на принципе измерения времени прохождения сигналов. Псевдослучайная двоичная последовательность модулирует несущее колебание, которое затем излучает- ся ся в сторону спутникаС а ва- с(С) сас ысс О тем оттуда ретранслируется ~сесысс г'г обратно, в том числе на эту же земную станцию.
На земной станции принятый радиосигнал когерентно демо- Г, дулируется и сформирован- М ная видеоимпульсная псевдослучайная последовательность, искаженная аддитивным шумом, поступает на СЛЕДЯЩЕЕ УСтРОйетВО ИЗМЕРЕ- 7РС(С Г)гл(С) ния запаздывания, где оце- Мл нивается величина времен- НОГО интервала между нс Рис,!8,) Фуикпиоиальиая схема измерения ходной (передаваемой) и дальности (аремеии прохождения сигналов принятой От ретранслятора от земной стаипии до спутника и обратно, синхронизирующими после- .
обозначаемого иая т): довательностями символов, т(Π— одеева аапаалыванпя сигнала; гпсп— генератор псевдослучайной последовательностпг МОЖНО ОбОйтИСЬ бЕЗ КОГЕ- Г,— генератор несущей; à — генератор такто-' РЕНТНОГО ВОССТаНОВЛЕННН НЕ вой частоты; уВН вЂ” устройство восстановлевпя сущей частоты принимаемого радиосигнала, т. е. обойтись без синхронизации по несущей, что необходимо при когерентной демодуляции.
В такой системе используются некогерентные методы демодуляции и слежение за ШПС по групповой полосе частот (см. З 18.7). 477 Как уже отмечалось, псевдослучайные последовательности применяются в качестве основы ШПС ввиду того, что такие сигналы легко формировать с помощью регистров сдвига с обратными связями между разрядами, которые работают на довольно высоких скоростях ()100 Мбит/с). Кроме того, некоторые классы таких последовательностей характеризуются хорошими корреляционными свойствами при достаточно большом периоде [131]. Положим, что символы псевдослучайной последовательности могут принимать значения з('/)= + 1 и следуют друг за другом со скоростью /,= 1/Л.
Допустим, что символы з('/) образуют последовательность с выхода линейного регистра сдвига с обратными связями между разрядами. Период последовательности равен МЛ=(2" — 1)Л. Последовательности этого вида имеют следующие замечательные свойства: 1. Корреляционные функции таких последовательностей принимают только два значения (1 и — 1/М). 2. Все 2» п-элементных комбинаций символов, за исключением комбинации только из символов О, наблюдаются в «окне» шириной в и тактовых интервалов.
3. Свойство циклической аддитивности, определяемое соотношением 5(/) Ю 5(/+ИЛ) =5(г+!Л), где й, / — целые числа, и по определению имеем 5=0, если 8=+1; 5=1, если з= — 1. Следовательно, соотношение 5(/) 95(1+т) эквивалентно выражению з(/)з(/+т). Автоматическая подстройка во времени (АПВ) является некоторой аналогией фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Основным элементом устройства АПВ является описываемый ниже перемножитель (коррелятор) — устройство для определения взаимокорреляционной функции двух сигналов. Сравнивая поэлементно передаваемую псевдослучайную последовательность с состояниями разрядов регистра сдвига приемного устройства, можно определить относительное запаздывание сигнала с неоднозначностью -~пМЛ.
Автолодсгройка во времени. Впервые описанные принципы и устройства АПВ представляли собой оптимальные следящие устройства замкнутого типа, предназначенные для оценки запаздывания т произвольного сигнала з(/+т). При малых погрешностях задержки сигнала такое устройство обеспечивает в условиях аддитивного гауссовского шума оценку. запаздывании по критерию максимума правдоподобия. При этом в корреляторе формируется произведение суммы принимаемого полезного сигнала и шума, т.
е. з(/+т)+п(г), с одной стороны, и опорного сигнала з'(1+т), с другой стороны. Здесь з' — производная сигнала з; т — оценка величины запаздывания. 478 Функциональная схема системы АПВ представлена' на рис. )8.2, сигнал х(/) на выходе перемножителя равен отфильтрованной величине произведения з(1+т) з'(1+т), пропорциональной оценке запаздывания, которая определяет временное положение входного сигнала.
а) Рис. 18.2. Устройство автоматической подстройки во времени: и — функциональная схема; й, а — параметры системы АПВ; ЛЗ вЂ” управляемая линия задержки с характеристикой для=!/н с/В; Аз(1+т(1))+л(1)— входной сигнал; б — частично линеаризованная эквивалентная схема системы АПВ х(1)/й= АРррт(1)+лр(1) — Арррт, где Р р — мощность иродифференцированного сигнала Если входным сигналом является идеальный синусоидальный сигнал, а именно з(/) =з(п(юо/+т), тогда имеем з'(1 — т) = =озосоз(юо/+т), и ДлЯ этого частного слУчаЯ система автоматической подстройки во времени вырождается в систему автома. тической подстройки фазы. С другой стороны, если входной сигнал является широкополосным, то и производная его также имеет широкий спектр.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
