10. Системы модуляции с расширенным спектром. Основные положения. Прямое расширение спектра. Программная перестройка частоты. Псевдослучайные последовательности.

Основные положения

Расширение спектра – это метод формирования сигнала с помощью дополнительной ступени модуляции, обеспечивающий расширение спектра и ослабление его влияния на соседний канал. Важным условием является то что дополнительная модуляция ни как не связана с передаваемым сообщением.

Преимущества:

1. Повышенная помехоустойчивость.

2. Возможность обеспечения кодового разделения каналов(CDMA).

3. Обеспечения высокой энергетической скрытности.

4. Высокая разрешающая способность при измерении расстояния.

5. Защищенность связи от несанкционированного доступа.

6. Способность противостоять воздействию преднамеренных помех.

7. Имеет большую спектральную эффективность.

8. Возможно постепенное увеличение числа одновременно работающих абонентов за счет постепенного снижения качества связи.

9. Низкая стоимость реализации, наличие готовых решений в виде интегральных схем.

Системы модуляции с расширенным спектром делятся на :

1. Системы с прямым расширением спектра на основе ПСП (псевдослучайные последовательности).

2. Системы с перестройкой рабочей частоты.

3. Системы множественного доступа с расширенным спектром и контролем несущей.

4. Системы с перестройкой временного положения символов.

5. Системы с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ).

6. Системы со смешанными методами расширения спектра.

Системы с прямым расширением спектра

Модулятор:

Вторичная модуляция осуществляется с помощью идеальной операции перемножения . Первый и второй модуляторы можно менять местами без изменения потенциальных характеристик системы.

Умножая демодулируемый сигнал на g(t) получим исходный.

Демодулятор:

,

Необходимо чтобы кодовые комбинации были некоррелированы между собой, тогда в пределах одной зоны могут работать несколько абонентов, используя оду и ту же полосу частот.

В качестве схем основной модуляции могут использоваться PSK, MSK, GMSK, QPSK.

Если выбран ансамбль некоррелированных сигналов ПСП, то после операции сжатия спектра сохраняется лишь модулированный полезный сигнал, все другие сигналы являясь

некоррелированными сохраняют широкополосность и имеют ширину спектра превышающую граничную полосу пропускания фильтра демодулятора.

Системы с расширенным спектром характеризуются следующими параметрами:

1. Выигрыш при корреляционной обработке

- характеризуется степенью расширения спектра

2. Коэффициент помехозащищенности

потери в системе

- требуемое ОСШ при корреляционной обработке

, т.е. в системах ССПО с расширенным спектром можно увеличить помехозащищенность на 20-30дБ.

Расширение спектра путем программной перестройки частоты

Модулятор:

ЦСЧ – цифровой синтезатор частоты

В данном случае осуществляется непосредственное преобразование спектра. Демодулятор:

Генераторы на передающей и приемной сторонах должны быть синхронизированы. Эффект расширения спектра достигается за счет псевдослучайной перестройки частоты несущей, значение которой выбирается из имеющихся частот , где N может достигать значений в несколько тысяч и более.

может быть различно Если скорость смены частот превышает скорость передачи сообщений , то это система с быстрой перестройкой частоты. Если скорость смены частот , то это система с медленной перестройкой частоты.

Обычно

Если - частотный интервал между соседними частотами, а N – их общее количество, то выигрыш при обработке:

Псевдослучайные последовательности

ПСП должно удовлетворять двум требованиям:

1. Чтобы АКФ этой последовательности имела минимальный уровень боковых лепестков и минимальную ширину основного лепестков.

2. Для системы с кодовым разделением каналов псевдослучайные последовательности

должны быть некоррелируемы, чтобы не было взаимных помех.

В реальных системах связи требуется чтобы обеспечивалась простота когерентного формирования ПСП на передающих и приемных сторонах. Для систем ориентированных на одного пользователя используются последовательности максимальной длины или M – последовательности. Для систем с МДКРК используются последовательности Голда, Касами, Уолша.

Генератор M – последовательности:

Необходимо определенным образом выбрать вектор и вектор . Можно так подобрать параметры, что получится последовательность максимальной длины: .

Свойства M – последовательностей:

1. Количество различных M – последовательностей при заданном m

2. Количество нулей в M – последовательности , количество единиц

3. Если M – последовательность пронумерована по mod 2 с её циклическим сдвигом, то получим циклически сдвинутую M – последовательность.

4. АКФ M – последовательности имеет вид:

Последовательности Голда

Формируются путем сложения по mod 2 двух различных M – последовательностей. Наиболее существенный момент при формировании последовательностей Голда с хорошими корреляционными свойствами заключается в том, что могут быть использованы только особые пары M – последовательностей, называемые предпочтительными.

11. Многолучевое распространение и борьба с замираниями в ССПО. Классификация эффектов при распространении радиоволн. Замирание огибающей. Доплеровское и временное рассеяние. Потери при распространении в свободном пространстве.

Распространение радиоволн в ССПО характеризуется Частотно-независимыми эффектами:

1. Замирания из-за многолучёвости

2. Затенение

3. Потери при распространении

Замирания делятся на:

1. Замирание огибающей

2. Доплеровское рассеяние

3. Временное рассеяние

Поскольку всегда существует несколько путей распространения радиоволн от передатчика к приёмнику, то в точке приёма разные копии одного и того же сигнала интерферируют друг с другом создавая замирания радиоволн которые и влияют на качество передачи информации и пропускную способность систем.

Замирание Огибающей

Предположим что базовая станция передаёт сигнал:

S₀(t)=A*e^{j[WoT+s(t)] ,} изменяющуюся во времени среду распространения как

P(t)=r(t)*e^{jr(t}, где

r(t) – изменяющаяся во времени огибающая

_(t) –изменяющаяся во времени фаза среды распространения.

r(t) – может быть разделена на долговременную и кратковременную r(t)=m(t)*r₀(t) ,

таким образом принятый сигнал :

S_R(t)=A_m(t)*r₀(t)*e^{j[WoT+s(t)+r(t)]}

Медленные замирания (slow fading) – это медленное изменение огибающей, возникающее, если длина пути распространения изменяется на величину существенно большую , чем длина волны.

Быстрые замирания (short term fading) – это быстрое изменение огибающей , которая образуется в результате нескольких копий одного и того же сигнала.

Эти копии имеют разные амплитуды , начальные фазы, задержки и доплеровские сдвиги частоты.

Гладкие замирания (Flat fading) – это замирание при которых амплитуды всех частотных составляющих и сдвиг начальных фаз принимаемых сигналов изменяются случайным , но примерно одинаковым образом , а разброс по задержкам меньше чем 1/F.

Доплеровское и временное рассеяние

Доплеровское рассеяние - это расширение спектра несущей, передаваемой по многолучёвому каналу на величину (f_o-f_d , f_o +f_d)

f_df_o/c

Время когерентности – отрезок времени в течении которого принимаемые сигналы могут

рассматриваться как когерентные.

С=1/f_d

Временное рассеяние  - объясняется широким разбросом значений длин путей , прохождение сигнала от передатчика к приёмнику и ослабления прямого канала.

d₁+d₂-d₀)/c

Ширина полосы когерентности С_B – это разнос частот в пределах которой коэффициент корреляции значения огибающей не менее 0.9

C__

Причины затенения – это особенности рельефа местности

Затенение вызвано медленным изменением средних значений.

Потери при распространении в свободном пространстве

Потери в свободном пространстве определяются как P_R/P_T=(^

L_f=10lgG_T+10lgG_R-20lgr+147,56-20lgf (дБ) - Выражение для потерь

Из этого выражения для потерь в пределах прямой видимости следует что принимаемая мощность уменьшена на 6 дб при каждом удвоенном расстоянии и при каждой удвоенной частоте.

На основании экспериментальных данных была разработана и использована следующая модель для оценки потерь при распространении радиоволн при отсутствии прямой видимости.

L(d)~L_B(d/d_o)^-n

Абсолютные средние потери при распространении:

L(d)=L(d_o)-10ntg(d/d_o) определяются как потери при распространении от передатчика +дополнительные потери

d – расстояние между 2-мя антеннами.

Для типичных сотовых систем: 1. Вне зданий при отсутствии прямой видимости 3,5<N<5

2. Внутри зданий при отсутствии прямой видимости 2<N<4