24. Телекомунікаційні мережі з технологією fhss. Визначення, математичні моделі для систем з модуляцією mfsk. Основні характеристики(13 лекция).

На данных графиках приведен пример передачи сигнала со скачкообразной перестройкой частоты (frequency hopping — FH). Для передачи FH-сигнала резервируется определенное количество каналов. Как правило, используют несущих частот, которые составляют каналов. Расстояние между несущими частотами (а, следовательно, ширина каждого канала) обычно равно ширине полосы входного сигнала. При передаче каждый канал используется в течение фиксированного интервала времени; в стандарте IEEE 802.11, например, этот интервал равен 300 мс. В течение такого интервала производится передача некоторого количества закодированных определенным образом битов . Последовательность использования каналов задается кодом расширения, и поскольку приемник и передатчик используют один и тот же код, переходы между каналами выполняются синхронно.

На следующем рисунке приводится типичная структурная схема системы связи со скачкообразной перестройкой частоты. При передаче двоичные данные подаются на модулятор, работающий с использованием определенного метода цифро-аналогового кодирования, например частотной манипуляции (frequency-shift keying — FSK) или же двоичной фазовой манипуляции (binary phase shift keying — BPSK).

а) Передатчик

б) Приемник

Электрическая структурная схема системы связи расширенного спектра со скачкообразной перестройкой частоты для беспроводной локальной сети связи

Полученный сигнал центрирован на некоторой базовой частоте. Изображенный далее генератор псевдослучайных чисел применяется для получения индексов таблицы используемых частот. Именно псевдослучайная последовательность является упоминавшимся ранее кодом расширения. Каждые бит на выходе генератора определяют одну из несущих частот. Для каждого из последующих интервалов времени (которому соответствует бит псевдослучайного кода) выбирается новая несущая частота. Эта частота модулируется сигналом исходного модулятора. Форма полученного сигнала не изменится, однако он будет центрирован на выбранной частоте. Приемник демодулирует полученный сигнал расширенного спектра с помощью той же последовательности частот (основанной на псевдослучайном коде), что использовалась при модуляции. Для получения выходных данных полученный сигнал еще раз демодулируется.

С технологией FHSS часто используется многочастотная манипуляция (multiple frequency shift keying — MFSK). Схема MFSK предусматривает использование различных частот для кодирования входного цифрового сигнала по бит за такт. Передаваемый сигнал описывается следующей функцией:

, .

Здесь:

— частота несущей;

— разностная частота;

— количество различных сигнальных посылок, М = 2^L;

— число битов на сигнальную посылку.

В схеме FHSS частота сигнала MFSK меняется с периодичностью секунд. Перестройка частоты производится путем модулирования сигнала MFSK несущей FHSS. В результате сигнал MFSK передается по соответствующему каналу FHSS. При скорости передачи данных время передачи одного бита составляет секунд. Время, необходимое для передачи сигнальной посылки, равно . Если больше или равно , модуляцию с расширением спектра принято называть расширением спектра с медленной скачкообразной перестройкой частоты, в противном случае говорят о быстрой перестройке частоты. Таким образом, расширение спектра с медленной перестройкой частоты: ; расширение спектра с быстрой перестройкой частоты: .

Как правило, FHSS предусматривает использование большого числа частот, следовательно, намного больше . Одним из преимуществ такого подхода является большая устойчивость системы с большим значением к воздействию намеренных помех. Предположим, например, что имеется передатчик MFSK с шириной полосы и источник намеренных помех с полосой такой же ширины и фиксированной мощностью на несущей частоте. Тогда отношение энергии сигнала на бит к плотности энергии шума на герц записывается в следующем виде:

.

При использовании скачкообразной перестройки частоты генератор намеренных помех вынужден будет создавать шум на всех частотах. Поскольку мощность генератора помех фиксирована, мощность шума на каждой из частот будет равна . Значит, отношение мощности сигнала к мощности шума возрастет на величину, именуемую коэффициентом расширения спектра:

.