Резюме Комуникационни системи с директно разпръснат спектър
Системи за директна комуникация
1 Методи за широколентово предаване
Широколентовите комуникационни системи получиха името си поради факта, че честотната лента, заета от използваните в тях сигнали, е много по-широка от честотната лента, необходима за директно предаване на информация. Една от първите подобни системи е разработена в края на 50-те години. система Reik. В тази система, благодарение на използването на метода за широколентово предаване, беше възможно да се осигури стабилна комуникация в многопътна среда.
Методите за широколентово предаване направиха възможно разделянето на няколко лъча с различни закъснения и по този начин елиминираха ефекта от избледняване на сигнала, причинено от многопътно разпространение.
В специални системи методите за широколентово предаване позволяват да се организира стабилно предаване на информация под въздействието на умишлени смущения, чиято мощност на входа на приемника може да надвишава мощността на полезните сигнали стотици и хиляди пъти.
Освен това в такива системи използването на широколентови методи за предаване затруднява радиоразузнаването да открие факта на предаване, т.е. засили нейната секретност. В клетъчните и сателитните комуникационни системи методите за широколентово предаване позволяват едновременната работа на много потребители в обща честотна лента, т.е. реализиране на метод за множествен достъп, базиран на разделянето на сигналите по форма (CDMA - CodeDivisionMultipleAccess).
В радарните системи използването на широколентови методи за предаване позволява да се повиши точността на измерване на обхвата до целта, при равни други условия, както и да се преодолее добре известното противоречие между обхвата на локатора и неговата разделителна способност.способност.
Сред методите за широколентово предаване в цифрови комуникационни системи с разширен спектър (SpreadSpectrum - SS), най-широко използвани са два основни метода за разпространение (широколентова модулация):
- Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS);
- с честотни скокове (FrequencyHoppingSpreadSpectrum - FHSS) или домашно име - с псевдослучайна настройка на работните честоти (PRCH).
Първият метод за разпространение на спектъра на DSSS се основава на използването на псевдослучайни последователности (PRS).
Такива сигнали обикновено се наричат широколентови (WBS) или подобни на шум сигнали. Най-пълното представяне на теорията и технологията на шумоподобните сигнали може да се намери в трудовете на Л. Е. Варакин. Увеличена функционална схема (модел) на цифрова комуникационна система с DSSS е показана на фиг. 1.
Фигура 1. Модел на цифрова комуникационна система с NLS
PSP генераторите на предавателната и приемащата страна са идентични. Именно те първо се използват за разширяване на спектъра от сигнали, предавани по комуникационен канал, а след това, преди демодулация, за компресирането му.
За разширяване на спектъра в такава схема се използва фазова манипулация (BinaryPhaseShiftKeying - BPSK), а получените в този случай сигнали се наричат BPSK / DSSS.
Манипулирането на информацията също е базирано на фази, въпреки че е възможно и произволно. В модулатора кодираните символи първо се умножават с SRP (разпръскване на спектъра) и след това директно се извършва манипулацията с фазово изместване.
Вторият често използван метод за широколентово предаване се основава на псевдослучайно прескачане на работната честота на сигнала (PRFC). Увеличена функционална схема (модел) на цифрова комуникационна система със скачане на честотата е показана на фиг. 2
Фигура 2 - Модел на цифрова комуникационна система със скачаща честота
Двете схеми се различават по това, че при втората спектърът се разширява не чрез умножаване на кодираната информация с SRP, а чрез работната (носеща) честота на модулатора, генерирана от синтезатора и регулируема по псевдослучаен закон.
От приемащата страна се извършва обратно преобразуване, което води до компресиране на спектъра преди демодулация.
При прескачане на честотата кодирането на информация също може да бъде произволно, въпреки че трябва да се отбележи, че в този случай могат да се наблюдават произволни скокове в началната фаза на носещата в моментите на промяна на честотата, така че може да се наложи некохерентна демодулация и това значително намалява ефективността на кодирането.
И в двата случая на разширяване на спектъра се генерира радиосигнал, чиято честотна лента значително надвишава спектъра на сигнала на оригиналното съобщение.
В този случай, за разлика от радиотехнологиите с теснолентова модулация, енергията на сигнала не се концентрира в малък интервал около носещата вълна, а се разпределя по цялата разпределена лента. В резултат на въвеждането на такова честотно резервиране се постигат редица предимства:
- осигурява се устойчивост на ефектите от умишлена намеса;
- осигурява възможност за кодово разделяне на канали за множествен достъп въз основа на него;
- повишена енергийна секретност поради ниското ниво на спектрална плътност;
- осигурява висока резолюция при измерване на разстоянието;
- сигурността на комуникационната сесия е осигурена;
- повишена пропускателна способност и спектрална ефективност;
- осигурява се постепенно намаляване на качеството на комуникация с увеличаване на броя на потребителите, които едновременно заемат един и същ HF канал (за разлика например от FM);
- ниска ценаизпълнение;
- наличие на съвременна елементна база.
За съвременните комуникации такива аспекти като повишена устойчивост на шум и устойчивост на ефектите от умишлени смущения и работа в среда с множествен достъп са от ключово значение.
2 Устойчивост на смущения на широколентови комуникационни системи
Ще разгледаме устойчивостта на широколентовите комуникационни системи към смущения под въздействието на бял шум и умишлени смущения (фиг. 3). Нека G(f) е спектралната плътност на мощността на сигнала преди разширяването и Gss (f) след разширяването (фиг. 3а). Както може да се види от фигурата, едностранната спектрална плътност на мощността на белия шум No не се променя, когато честотната лента на сигнала се разшири от W до Wss. Следователно, разширяването на спектъра не подобрява качеството на комуникацията при наличието на бял шум на Гаус.
На фиг. 3 b показва умишлена интерференция на ограничена мощност PJ със спектрална плътност на мощността J0 ’ =PJ /W, където W е ширината на спектъра на оригиналния неразширен сигнал, подложен на смущение.
След разширяване на спектъра, заглушаването може да повлияе
- под формата на спектрална плътност на мощността на смущението, разпръсната по целия обхват на сигнала J0 =PJ /Wss (в този случай J0 е W/Wss пъти по-малко от J0 '). Получената спектрална плътност на шума J0 се нарича спектрална плътност на мощността на широколентовото заглушаване.
Фигура 3 - Устойчивост на широколентови комуникационни системи под въздействието на а) бял шум и б) умишлени смущения