Розширення спектра з використанням стрибкоподібної зміни частоти
Розширення спектра з використанням стрибкоподібної зміни частоти (FHSS, Frequency Hopping Spread Spectrum) порівняно з методом DSSS забезпечує отримання ширшої смуги частот.
Сигнали FHSS формуються шляхом стрибкоподібної зміни несучої частоти частотноманіпульованого, частотномодульованого або амплітудномодульованого сигналу, який випромінюється протягом певного інтервалу часу Т, згідно із заздалегідь обумовленим законом. Розподіл спектра сигналу FHSS з часом проілюстрований рис. 5.
Рис. 5. Розподіл спектра сигналу FHSS з часом
При цьому загальна ширина спектра сигналу FHSS складається з повного діапазону змін частоти сигналу та ширини смуги вхідного сигналу. Середній за часом спектр сигналу FHSS представляє собою набір спектрів модульованого сигналу, які зсунуті один відносно другого на мінімальне значення зміни (стрибок) частоти.
Величина цього стрибка приблизно дорівнює ширині смуги модульованого сигналу. Час, протягом якого використовується канал із певною частотою, називається часом перебування. У більшості випадків передавання сигналу FHSS припиняється на час зміни частоти.
Послідовність перестроювання частоти повинна відповідати таким вимогам:
частота стрибків повинна бути не меншою, ніж 2,5 рази за секунду;
стрибки повинні відбуватися як мінімум між шістьома каналами.
У разі використання розширення спектра за методом FHSS уся відведена для передавання смуга частот розділяється на підканали (за стандартом IEEE.802.11 їх повинно бути 79). Для мінімізації кількості колізій між зонами покриття, що перекриваються, існують три набори послідовностей змін частоти (стрибків), довжина яких у США та більшості країн Європи складає 26 частот. Схема стрибкоподібної зміни частоти FHSS (для країн Північної Америки і Європи) наведена в табл. 1.
Таблиця 1 - Схема стрибкоподібної зміни частоти FHSS
Набір |
Номери частот |
1 |
{0, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 42, 45, 48, 51, 54, 57, 60,63,66,69,72,75} |
2 |
{1, 4, 7, 10, 13, 16, 19, 22, 25, 28, 31, 34, 37, 40, 43, 46, 49, 52, 55, 58, 61,64,67,70,73,76} |
3 |
{2, 5, 8, 11, 14, 17, 20, 23, 26, 29, 32, 35, 38, 41, 44, 47, 50, 53, 56, 59, 62,65,68,71,74,77} |
Кожен біт інформації модулюється за заданим законом, після чого модульований сигнал випромінюється.
В кожен момент часу кожен передавач використовує лише один із підканалів, „перестрибуючи" з одного підканалу на інший через визначені інтервали часу, тривалючи" з одного підканалу на інший через визначені інтервали часу, тривалість яких не перевищує 20 мс. Зміна частоти здійснюється синхронно в передавачі та приймачі в заздалегідь зазначеній псевдовипадковій послідовності. Інша пара „передавач-приймач" використовує іншу послідовність стрибкоподібної зміни частоти.
В сучасних системах зв'язку використовуються два види стрибкоподібної зміни несучої частоти: повільна та швидка. Під час повільної зміни частоти передавач використовує одну й ту ж частоту для передавання кількох бітів. Такі системи дешевші, порівняно із системами зі швидкою зміною частоти, але вони більше піддані впливу вузькосмугових радіозавад.
Повільна зміна частоти використовується в системах GSM.
У системах зі швидкою зміною частоти передавач декілька разів змінює частоту протягом тривалості одного біту. Технічна реалізація таких систем складніша, але вони стійкіші до впливу вузькосмугових радіозавад і частотно-вибіркового затухання. Характерним прикладом системи FHSS є радіотехнологія Bluetooth, за якою виконується 1600 змін частоти за секунду.
Порівняно з методом DSSS метод FHSS простіший з точки зору технічної реалізації та завадостійкіший, але забезпечує меншу відстань зв'язку.
З іншого боку, системи DSSS стійкіші до затухань та ефектів багатопроменевого поширення.
Властивості сигналу FHSS можуть бути описані такими його параметрами й характеристиками:
повна ширина смуги змін частоти;
модуляція основного сигналу;
мінімальне рознесення між сусідніми несучими частотами;
миттєва потужність сигналу, що приймається;
швидкість зміни частоти та фаза зміни частоти;
кут надходження сигналу (пеленг).
Найважливішими параметрами є два значення ширини смуги частот: миттєва ширина смуги частоти для окремого стрибка і повна ширина смуги змін частоти.
Найпривабливішим способом виявлення та оброблення сигналів FHSS є використання системи широкосмугового приймання сигналів та їх оброблення. Сигнал FHSS може бути виділений за допомогою AM детектора. При цьому формується потік імпульсів, який може бути використаний для вимірювання швидкості зміни частот і синхронізації послідовності зміни частоти.
Лекция 7 Застосування різних методів модуляції для оптимального використання РЧС.
Вопросы лекции:
Амплітудна модуляція
Частотна модуляція
Фазова модуляція
Введение
Метою процесу модуляції є перенесення спектра вихідного сигналу до діапазону вищих частот. Модулювальний сигнал може змінювати амплітуду, частоту або фазу безперервного сигналу несучої частоти окремо, або кілька параметрів одночасно та бути аналоговим і цифровим.
Найпростішими видами аналогової модуляції, які знайшли застосування в традиційних радіотехнологіях і системах зв'язку, є:
амплітудна модуляція (AM, Amplitude Modulation);
фазова модуляція (ФМ; РМ, Phase Modulation);
частотна модуляція (ЧМ; FM, Frequency Modulation).