2) Способи розширення спектра сигналів.

2.2.1. Стрибкоподібна перебудова частоти

Рис.7. Приклад безконфліктної роботи трьох станцій в одній смузі частот способом стрибкоподібної зміни частоти

Для формування широкосмугового сигналу по способу FHSS здійснюється стрибкоподібна перебудова несучої частоти. При цьому несуча частота випромінюваного сигналу дуже швидко змінюється від одного значення до іншого по псевдовипадковому закону. За рахунок такого переключення енергія переданого сигналу розподіляється в широкому діапазоні частот. Очевидно, що перед початком передачі джерело й одержувач повинні погодити між собою алгоритм зміни частоти.

Рис.8. Структурна схема передавальної а) і приймальні б) частин широкосмуговій системи зв'язку зі стрибкоподібною зміною частоти

У локальних безпровідних мережах передачі даних весь виділений частотний діапазон зміни несучої розділений на ряд каналів (у Європі таких каналів 79). Суміжні канальні частоти рознесені між собою на 1 Мгц. Канали нумеруються від 2 до 80. Так, наприклад, для каналу 2 стандартом установлена середня частота 2,402 ГГц, а для каналу 80 – 2,480 ГГц. Усі частоти розбиті на три набори по 26 частот у кожному. У кожному із трьох наборів визначені по 78 різних шаблонів переключення частот. Для встановлення з'єднання використовується викличний канал. Приймач і передавач вибирають серед одного з трьох наборів погоджений шаблон послідовності переключення частот. Очевидно, що обмін даними може відбуватися між абонентами мережі, що використовують той самий шаблон і синхронно перемикаючими з однієї частоти на іншу. Мінімальний стрибок частоти повинний бути 6 МГц, а максимальна тривалість генерації однієї частотної посилки дорівнює 400 мс.

На рис.7 як приклад зображені зразки частотно-тимчасових послідовностей для трьох одночасно працюючих станцій.

В ідеальному випадку, коли всі передавачі починають працювати одночасно, у будь-який проміжок часу немає ніяких станцій, що випромінюють сигнали на тих самих частотах. У такий спосіб станції можуть одночасно вести передачу, абсолютно не заважаючи один одному.

У реальному випадку такого синхронізму не існує. Тому в деякі часові інтервали можливі частотні завади. Однак вони існують у відносно вузькому діапазоні частот і нетривалий час. За рахунок широкосмуговості сигналів такі завади не роблять істотного впливу на завадостійкість прийому даних.

Дані від джерела поєднуються по біт ( ) і подаються на багатопозиційний частотний маніпулятор, що формує вузькосмугові безперервні ЧМ- сигнали. Потім спектр цього сигналу переноситься в область частоти несучого коливання. Несуча частота формується швидкодіючим синтезатором частот, що виробляє гармонійне коливання з частотою, обумовленою кодовою комбінацією, що надходить з генератора псевдовипадкових послідовностей (ПВП). Послідовність чисел з генератора ПВП задає шаблон зміни частот при їхньому переключенні. Через інтервал часу відбувається стрибкоподібна зміна несучої частоти. Для інтервалу часу ширина смуги випромінюваного сигналу буде такий же, як і в звичайній схемі частотного маніпулятора MFSK. У той же час при усередненні по безлічі стрибків спектр сигналу FH / MFSK буде займати всю смугу розширеного спектра.

Рис.9. Ілюстрація повільних а) і швидких б) стрибків несучої частоти

Як видно з рис.8, б, приймач повторює всі дії передавача в зворотній послідовності. Отриманий сигнал демодулюється шляхом виділення низькочастотних компонентів частотно-модульованого сигналу, а потім у ЧМ демодуляторі здійснюється детектування інформаційних сигналів, що відображають передані дані. На практиці двохетапний процес модуляції найчастіше реалізується як один етап, коли синтезатор частот протягом часу формує гармоніку, ґрунтуючись на псевдовипадковому коді номера частоти і її зсуві відповідно до інформаційної послідовності.

Розрізняють повільні стрибки несучої частоти і швидкі. При повільних стрибках (Slow Hopping) середня частота несучої зберігається протягом декількох інформаційних бітів, а при швидких стрибках (Fast Hopping) зміна середнього значення несучої відбувається кілька разів протягом одного інформаційного елемента. На рис.9 показані графіки зміни частот несучих при надходженні на вхід передавача послідовності даних виду «010110».

Рис.9, а ілюструє процес повільних стрибків. Для простоти в прикладі використовується тільки чотири несучі частоти. З рисунка видно, що протягом перших трьох інформаційних елементів «010» середня частота несучої дорівнює , а трьох наступний біт «110» - . Частоти несучих відхиляються від своїх середніх значень на тільки в залежності від значення вхідних даних, тобто має місце частотна модуляція несучої. На рис.9, б показаний процес швидких стрибків несучої, значення якої міняється двічі протягом одного одиничного елемента. Зміна частот відбувається в порядку .

Рис.10. Ілюстрація способу формування шумоподібного сигналу DSSS

2.2.2. Розширення спектра способом прямої послідовності

При розширенні спектра інформаційних сигналів способом прямої послідовності DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) одиничні елементи сигналів тривалістю (рис.10, а) розбиваються на бінарних елементів (чипів) тривалістю (рис.10, б).

На практиці в системах широкосмугового зв'язку використовуються послідовності з числом чипів від декількох сотень до десятків тисяч бінарних елементів. У комп'ютерних безпровідних локальних мережах застосовуються сигнали з кількістю чипів близько 10. Розбивка інформаційних біт на послідовність чипів дозволяє сформувати широкосмуговий сигнал тривалістю із шириною смуги частот у раз більше смуги вихідного сигналу, тобто Гц.

Функція автокореляції для сигналу визначається по відомій формулі

,

де      – енергія сигналу; знак (*) означає комплексно-сполучене значення сигналу.

Рис.11. Схема передавального а) і прийомного б) пристроїв розширення спектра методом DSSS з послідовністю Баркера

На рис.11 зображена схема реалізації передавальних і прийомної частин системи зв'язку з розширенням спектра при використанні послідовності Баркера і двохпозиційної відносної (диференціальної) фазової маніпуляції зі швидкістю передачі 1 Мбіт/с.

Рис.12. Часові діаграми сигналів передавальної частини системи з розширенням спектра при використанні послідовності Баркера

Власне кажучи, відносна фазова модуляція застосовується саме до чиповій послідовності. При інформаційній швидкості 1 Мбіт/с швидкість проходження окремих чипів послідовності Баркера складає 11 Мчип/с, а ширина спектра такого сигналу – 22 МГц, тому що тривалість одного чипу дорівнює 1/11 мкс. На рис.12 зображені часові діаграми сигналів на виходах функціональних елементів передавача. З діаграми видно, що фаза несучого коливання змінюється на 180° щодо попереднього коливання при передачі кожного одиничного чипу, і не міняється при передачі нульових елементів послідовності Баркера. У приймачі отриманий сигнал збільшується на код Баркера (обчислюється кореляційна функція сигналу), у результаті він стає вузькосмуговим. Завада, що попадає в смугу даного широкосмугового сигналу, після множення на код Баркера, навпаки, стає широкосмуговою. Тому у вузьку інформаційну смугу попадає лише частина завади, по потужності приблизно в 11 разів менше, ніж завада, що діє на вході приймача.

Білет №7

1. Модель симетричного двійкового каналу. Співвідношення для оцінки пропускної спроможності каналу.

2. Класифікація методів передачі даних канального рівня.

Відповіді