Маковеева М.М., Шинаков Ю.С. Системы связи с подвижными объектами (2002) (1151874), страница 22
Текст из файла (страница 22)
М передаваемых канальных символов имеют одинаковую энергию и одинаковую дли- тельность; частоты символов отстоят друг от друга на 1/(2Т,) Гц, что обеспечивает попарную артогональность всех символов. ' сов(2 кГ01 ) ак "-~) , ч в(г) "С ЦАП 4 (гйп(2кГ,Г) Рис. 3.23 Функциональная схемэ устройства формирования М-ичнага КАМ сигнала На рис. 3.23 представлена функциональная схема устройство формирования КАЫ сигнала.
Эта схема имеет практически те же элементы, что и устройство формирования ФЫ-8 сигнала, изобра женное на рис. 3.12. Отметим лишь, что вопрос сигнального кодирования в данном случае, как и в случае ФЫ-З, не является про стым и здесь пока не рассматривается. Ширина спектра этого сигнала примерно такая же, как и М-ичного ФЫ сигнала. Однако данный способ модуляции может обеспечить меньшую вероятность ошибки на бит передаваемой информации и поэтому иногда оказывается более предпочтительным Следует, од нако, отметить, что так как КАЫ сигнал не имеет постоянной амплитуды, то применение этого способа модуляции сопровождается повышением требований к линейности канала передачи.
М-ичная частотная модуляция. Для М-ичной частотной моду ляции передаваемые канальные символы определяются выраже ниями Один символ М-ичного ЧМ сигнала может переносить гп =!поз М информационных битов. Функциональная схема соответствующего устройства в основном аналогична схеме, приведенной на рис. 3.23, и представлена на рис. 3.24. 3.5. Модуляция с расширенным спектром Псевдослучайные последовательности и псевдослучайные сигнапы. Рассмотренные ранее в этой главе способы модуляции характеризуются одним общим свойством — стремлением минимизировать ширину спектра соответствующего радиосигнала.
Поэтому эти способы можно назвать узкополосными. Цепесообразность построения и использования таких способов модуляции обуславливается тем, что выделяемые полосы радиочастот дпя систем связи очень ограничены, а любой разработчик стремится в выделенной ему полосе разместить как можно больше частотных канапов. Напротив, модуляция с расширенным спектром приводит к использованию полосы частот, на несколько порядков превышающих ширину спектра при узкополосной модуляции.
Конечно, такая система связи будет иметь очень низкую спектрапьную эффективность, еспи она будет использоваться одним абонентом. Однако широкополосную модуляцию могут использовать несколько абонентов и дпя них может быть выдепена эдна и та же полоса частот. Способы модуляции с расширенным спектром можно построить таким образом, что при одновременной работе нескольких абонентов в одной и той же полосе частот их взаимное влияние будет незначительным. Число таких абонентов можно увеличивать до некоторого предела, в результате чего оказывается, что спектральная эффективность таких систем оказывается значительно выше эффективности систем с узкополосной модуляцией, всв ю Рис.
3.24. Функциональная схема устройства формирования М-ичногс ЧМ сигнала 120 Системы, использующие радиосигналы с расширенным спектром, обладают и другими привлекательными свойствами, которые оказываются очень полезными для систем связи с подвижными абонентами. Например, качество функционирования таких систем практически не снижается при появлении даже относительно мощных узкополосных помех, ширина спектра которых значительно меньше ширины спектра полезного сигнала. Основная причина этого состоит в том, что узкополосная помеха поражает лишь незначительную часть спектра полезного радиосигнала; такую помеху можно подавить соответствующим узкополосным заграждающим фильтром без существенных потерь передаваемой информации.
Важным для систем подвижной связи является также отсутствие необходимости решать проблему распределения частот между различными абонентами, поскольку все абоненты используют одну и ту же полосу частот. Дпя узкополосных методов модуляции решение задачи частотного планирования обязательно. Еще одним полезным свойством систем с расширенным спектром радиосигналов является сохранение их работоспособности в условиях многолучевого распространения радиоволн, когда качество передачи в узкополосных системах оказывается практически неприемлемым. Здесь следует подчеркнуть, что большинство каналов передачи в системах подвижной связи являются много- лучевыми и, следовательно, для них характерны частотноселективные замирания, когда суммарная мощность совокупности спектральных компонентов в относительно узкой полосе частот может существенно снижаться.
Для узкополосных систем это приводит к существенному снижению мощности принимаемого сигнала, в то время как мощность широкополосного сигнала на входе приемника уменьшается незначительно, так как при передаче она была распределена в широкой полосе. Более того, оказывается, что во временной области разные лучи обычно имеют разную временную задержку, поскольку распространение происходит по разным путям, имеющим разную длину. При использовании сигналов с расширенным спектром такие лучи можно разделить и обеспечить их совместную демодуляцию, что эквивалентно увеличению мощности принимаемого сигнала и, следовательно, повышению качества передачи.
Сигналы с расширенным спектром являются псевдослучайными, т.е. имеют свойства, аналогичные свойствам случайного процесса или шума, хотя формируются по вполне детерминированным алгоритмам. Обычно форма сигнала определяется псевдослучайной последовательностыс, которая чаще всего является бинарной 121 с элементами О и 1 и обладает свойствами, схожими со свойствами случайной бинарной последовательности. Например, если на любом конечном интервале число нулей примерно равно числу единиц, то автокорреляционная функция такой последовательности близка к автокорреляционной функции случайной бинарной последовательности, в частности имеет малые значения коэффициента корреляции между сдвинутыми друг относительно друга копиями одной и той же последовательности и т.д.
Псевдослучайные последовательности обычно формируются с помощью логических цепочек, реализующих детерминированные алгоритмы. На рис. 3.25 приведен пример такой цепи, которая содержит регистр сдвига из последовательно соединенных элементов с двумя устойчивыми состояниями и некоторую логическую схему в цепи обратной связи.
Двоичная последовательность символов О и 1, хранящаяся в регистре, смещается вправо по регистру при подаче очередного тактового импульса; символ из последней ячейки регистра выдается на выход в качестве очередного символа последовательности; символы всех или некоторых ячеек регистра подаются в логическую цепь обратной связи, в которой формируется символ обратной связи, передаваемый в первую ячейку регистра. Тактсэьм импульсы Рис. 3.25.
Генератор псевдослучайной последовательности Период следования тактовых импульсов то определяет длительность элементарного символа последовательности. Если логическая цепь обратной связи содержит только элементы типа «исключающее ИЛИ», которые и применяются наиболее часто, данное устройство называется генератором линейной псевдослучайной последовательности (ПСП). 6 этом случае значение очередного символа на выходе цепи обратной связи определяется следующим рекуррентным соотношением (3.33) а, =с1а,;Обста„зЭ...Юс э„ 122 где символ Э обозначает суммирование по модулю 2, а коэффициенты с и символы а принимают значения О или 1. Логическая цепь обратной связи в этом случае представляет собой сумматор по модулю 2.
Начальное состояние ячеек регистра и структура логической цепи обратной связи полностью определяют последующее состояние ячеек регистра. Если принять некоторое состояние регистра сдвига за исходное, то через И тактов это состояние вновь будет иметь место. Если при этом регистрировать последовательность символов на выходе ячейки с номером!, то длина этой последовательности будет равна И . На последующих И тактах эта последовательность вновь повторится и т.д. Число И называется периодом последовательности.
Значение И при фиксированной длине гп регистра зависит от числа ненулевых весовых коэффициентов с и расположения соответствующих отводов в регистре. Например, из равенства (3.33) следует, что если в какой-то момент времени состояние всех ячеек регистра оказывается равным О, то все последующие элементы последовательности на выходе регистра будут нулевыми. Существует 2'Р -1 разных ненулевых состояний регистра сдвига.
Следовательно, период линейной ПСП, формируемой регистром сдвига с т ячейками, не может превышать 2 — 1 символов. ПСП с периодом 2 -1, формируемые регистром сдвига с линейной обратной связью, называются последовательностями максимальной длины или, более коротко, М- последовательностями. Устройство, функциональная схема которого представлена на рис. 3.25, можно назвать цифровым автоматом.
Если формируемая им последовательность описывается уравнением (3.33), то такие автоматы принято задавать характеристическим многочленом (3.34) г(х)=- срх +с1х + сзх + ... +с~~~„1х + ср~, с со = 1 и с,„ = 1. Значение вектора с=(ср с, сз...с ] полностью определяет структуру автомата формирования ПСП: если коэффициент с~ = О, то зто означает, что выход ячейки с номером l к цепи обратной связи не подключен; при с~ ---1 ! -й выход подключен. Например, пусть пг=7 и с1=-(1 О 1 О О 1 1 1], сз = [1 1 О О О О О 1], т.е характеристические многочлены соответствующих двух последовательностей имеют вид 123 ГКх)=1 х +О.х~ 1.«з О ~~+О.хз 1 х~ 1 «1 1= =х + «~+ « +х1+1; Гз[х) =1.« +1 х +О х +О х +О.хз+О х +О х +1= =х +х +1.
Цифровой автомат, формирующий ги-последовательность с характеристическим многочленом й(х), имеет отводы с выходов ячеек 2, 5 и б, а с характеристическим многочленом 7з(х) — ячейки 8. Обе гюспедовательности имеют максимальную длину И = 27 -1 = 127 . В табл.
3.3 указаны значения козффициентов с всех характеристических многочленов, которые описывают последовательности максимальной длины для гп = 7 [3[. Как следует из таблицы, для данной длины регистра сдвига имеется всего 18 разных характеристических многочленов и, следовательно, 18 разных двоичных последовательностей максимальной длины. Все остальные характеристические многочлены с другими наборами козффициентов описывают последовательности, период когорых меньше 127.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
