Аналоговое и цифровое радиовещание

221

Таблица 11.10. Кодовые последовательности Баркера

и амплитуда боковых пиков нормированной АКФ ( R б 1 / L )

Рис. 11.57. Нормированная АКФ 7-символьной кодовой последовательности Баркера

11.7.5. Корреляционный приемник ШП-радиосигнала. Структурная схема приемника ШП-радиосигнала, сформированного с использованием метода прямой последовательности, приведена на рис.11.58. С выхода радиотракта приемника (РТПР), имеющего полосу пропускания ППР f PSK ШП 2 / T0 , ШП-радиосигнал поступает на коррелятор. В состав

приемника генерирует точно такую же ПСП, что и ГПСП передатчика. Работой ГПСП и PSK-демодулятора управляет система синхронизации (ССНХР). Главное условие нормальной работы коррелятора — строгое согласование временных параметров принимаемого и опорного сигнала. ССНХР, как правило, содержит несколько следящих систем фазовой и частотной автоподстройки и систему слежения за задержкой сигнала.

222

Рис. 11.58. Структурная схема приемника ШП-радиосигнала

Первая ступень демодуляции широкополосного шумоподобного PSK

следования нулей и единиц ШП-радиосигнала и генерируемой в приемнике ПСП совпадают (ШП-радиосигнал является согласованным), то на выходе Пм образуется узкополосный информационный PSK-радиосигнал с длительностью единичного символа Tb и шириной спектра f PSK 2 / Tb . Этот процесс

«демодуляции расширяющего кода» изображен на рис.11.59,а,б,в.

Ширина спектра узкополосного PSK-радиосигнала на выходе Пм в L раз меньше, чем ширина спектра широкополосного ШП-радиосигнала на входе Пм:

пропускания которого ПУПФ f PSK 2 / Tb ) и попадает на PSK-демодулятор,

где осуществляется вторая ступень демодуляции - выделение информационного сигнала (рис.11.59,г).

Если на Пм коррелятора попадают еще какие-либо несогласованные широкополосные ШП-радиосигналы (широкополосные помехи),

модулированные другими кодами (например, такими же М-последовательностями, но сдвинутыми во времени на один и более символов), то на выходе Пм они превращаются в хаотическую последовательность коротких импульсов с широким спектром. В результате через УПФ проходит лишь часть энергии несогласованных сигналов, причем эта часть тем меньше, чем больше длина L кодирующей (декодирующей) ПСП. Заметим, что чем большее число несогласованных ШП-радиосигналов имеется

223

на входе приемника, тем хуже качество приема полезного сигнала.

Рис. 11.59. К принципу демодуляции шумоподобного радиосигнала

Если на входе Пм имеется узкополосная помеха (например, гармоническая помеха, характеризуемая одной спектральной линией), то после ее перемножения с ПСП на выходе Пм образуется широкополосный сигнал с практически равномерным спектром. Лишь малая часть энергии этого широкополосного сигнала пройдет через УПФ коррелятора. Следовательно, узкополосная помеха ослабляется коррелятором тем больше, чем больше длина L кодирующей (декодирующей) ПСП.

Если на входе Пм имеется помеха в виде широкополосного теплового шума, то после ее перемножения с ПСП на выходе Пм образуется шумовая помеха с изменяющейся полярностью. Изменение полярности шумовой помехи не оказывает влияния на ее спектральную плотность. Следовательно, шумовая широкополосная помеха ослабляется коррелятором тем больше, чем больше длина L кодирующей (декодирующей) ПСП.

Таким образом, в корреляторе приемника обеспечивается как кодовое выделение полезного информационного сигнала, так и запас помехоустойчивости к помехам различного типа.

Улучшение отношения сигнал/шум (сигнал/помеха) коррелятором зависит от отношения полосы пропускания радиотракта приемника и полосы пропускания фильтра коррелятора и, следовательно, определяется длиной

т.е. прием полезного ШП-радиосигнала возможен при его уровне на входе приемника много меньшем, чем уровень шумов и помех (отношение С/Ш на входе приемника связано с отношением С/Ш на выходе радиотракта приемника формулой

[ Pc / Pш ]вх ПР [ Pc / Pш ]вх К NПР ,

чувствительности приемника по сравнению с технологиями FDMA и TDMA. В самом деле, расширение спектра (увеличение базы) сигнала при его постоянной энергии приводит к уменьшению интенсивности спектральных

Интенсивность спектральных компонентов ШП-радиосигнала может быть существенно меньше, чем уровень природных и индустриальных шумов (передаваемый ШП-радиосигнал становится энергетически «скрытным»). При его приеме коррелятор сужает расширенный спектр сигнала, интенсивность спектральных компонентов сигнала при этом возрастает до прежнего уровня. К внешним принятым шумам добавляются собственные шумы радиотракта приемника (так же, как и при приеме сигналов FDMA или TDMA). Следовательно, при прочих равных условиях отношение С/Ш на входе демодулятора приемника широкополосного ШП-сигнала будет такое же, как и на входе демодулятора приемника, например, узкополосного PSK-сигнала.

225

Рис. 11.60. Огибающие спектров узкополосного PSK-сигнала, шумоподобного PSK-сигнала, внешних шумов

На основе изложенного сформулируем преимущества и особенности CDMA-радиосвязи на основе шумоподобных сигналов.

1.Энергетическая скрытность из-за низкого уровня спектральной плотности ШП-радиосигналов.

2.Защищенность связи от несанкционированного доступа за счет кодирования информационных сигналов псевдослучайными последовательностями.

3.Повышенная помехоустойчивость приемных систем к различному виду помех, в том числе к воздействию преднамеренных помех.

4.Постепенное уменьшение отношения сигнал/помеха при увеличении числа пользователей, одновременно занимающих один и тот же радиоканал (ограниченную полосу частот). Это приводит к постепенному ухудшению качества связи, проявляющемуся в возрастании среднего количества цифровых ошибок (щелчков при приеме звуковых сигналов) за определенный промежуток времени.

5.Отсутствие жесткого ограничения количества одновременно работающих в радиоканале пользователей в отличие от технологий FDMA и TDMA. Однако платой за это является ухудшение качества связи при одновременной работе многих пользователей в одном радиоканале.

3.При каком отношении периода импульсов дискретизации ( Tд ) к длительности импульса дискретизации ( д ) спектр однополярного амплитудно-импульсного сигнала (АИМ-сигнала) содержит компонент с нулевой частотой ?

4.При каком отношении периода импульсов дискретизации ( Тд ) к длительности импульса дискретизации ( д ) спектр двухполярного АИМ-сигнала не содержит компонента с нулевой частотой ?

5.При помощи какого устройства можно провести демодуляцию АИМ-сигнала в приемнике ?

6.Какой сигнал допускает свою регенерацию без накопления шумов при передаче через ретрансляционные пункты ?

7.Какой вид имеет амплитудная характеристика равномерного квантователя в пределах допустимых изменений входного сигнала ?

8.К чему приводит ошибка квантования ?

9.От чего зависит интенсивность шумов квантования ?

10.Как зависит кв Pc / Pш кв от мощности входного сигнала при равномерном

квантовании и выполнении условия Pc Pc max ?

11.При каком условии возникают шумы ограничения при квантовании сигнала ?

12.Какой формулой определяется максимальное отношение сигнал / шум квантования

( кв max Pc max / Pш кв ) при равномерном квантовании гармонического сигнала и импульсно-кодовом кодировании ?

13.Какой формулой определяется динамический диапазон цифрового тракта для гармонического сигнала ?

14.Какой формулой определяется возможный динамический диапазон гармонического сигнала на входе цифрового тракта ?

15.Как рассчитывается скорость передачи цифрового потока ( fb ) ?

16.Для каких целей используется неравномерное квантование ?

17.Какой вид имеет амплитудная характеристика неравномерного квантователя в пределах допустимых изменений входного сигнала при мгновенном компандировании ?

18.На основе каких устройств можно получить неравномерную характеристику квантования при мгновенном компандировании ?

19. Из какого условия следует, что оптимальная амплитудная характеристика

квантования ( кв н Рс / Рш кв ) в случае почти мгновенного компандирования 14/10

с использованием пятишкальной характеристики компрессии, происходит при относительном уровне входного сигнала Pc / Pc max 24 дБ ?

24.В чем отличие почти мгновенного компандирования 14/10 от преобразования кодовых слов с плавающей запятой 16/14 ?

25.Для каких целей используются предыскажения при цифровой передаче звуковых сигналов ?

26.Для каких целей используется передискретизация цифрового сигнала ?

27.Для каких целей используется редукция аудиоданных ?

28.Какая особенность человеческого слуха используется при редукции аудиоданных по методу MUSICAM ?

29.До какой величины возможно снижение скорости цифрового потока при кодировании студийного высококачественного цифрового звукового сигнала (имеющего

начальную скорость fb m Fд 16 48 кГц 768 кбит / с ) методом MUSICAM, когда после декодирования искажения не заметны даже квалифицированному эксперту ?

30.Что может приводить к ошибкам цифрового сигнала ?

31.Как можно обнаружить ошибки, возникшие в цифровом сигнале ?

32.Как можно замаскировать ошибки, возникшие в цифровом сигнале ?

33.Как можно исправить ошибки, возникшие в цифровом сигнале ?

34.Как можно превратить пакетные ошибки (ошибки большой кратности), возникшие в цифровом сигнале, в одиночные ошибки ?

35. Ошибки какой кратности ( g ) может обнаружить код Хэмминга, имеющий минимальное кодовое расстояние d 3 ?

228

36.Ошибки какой кратности может исправить код Хэмминга, имеющий минимальное кодовое расстояние d 3 ?

37.Какова скорость передачи цифрового потока от каждого телефонного абонента при цифровой телефонной связи ?

38.Какова скорость передачи цифрового потока телефонной станции ИКМ - 30 ?

39.Каково максимальное отношение сигнал/шум квантования цифровой телефонии российского стандарта, при котором используется мгновенное компандирование с

характеристикой компрессии А 87,6 / 13, а число символов кодовых слов m 8 ?

40.Каким образом передаются масштабные коэффициенты в системе цифрового радиовещания NICAM-728 без использования дополнительных битов для их передачи ?

41.Каким образом осуществляется шифрование цифрового потока в системе радиовещания NICAM-728 ?

42.Чему равна полоса спектра радиосигнала при DQPSK (или при QPSK), если длительность одного бита исходного цифрового потока без возвращения к нулю

имеет значение Tb ?

43.Почему DQPSK (или QPSK) позволяет уменьшить полосу радиоканала в 2 раза при той же скорости передачи цифрового потока ?

44.При какой операции в блоке восстановления несущей частоты (БВНЧ) когерентного демодулятора может появиться фазовая неоднозначность восстановленной несущей при приеме радиосигнала с QPSK-модуляцией ?

45.Почему в приемных станциях спутниковых радиосигналов (например, в приемных станциях системы DRS — Digital Satellite Radio) конвертер радиосигналов помещают как можно ближе к приемной антенне ?

46.Для какой цели в системе цифрового звукового вещания DAB (Digital Audio Broadcasting) вводится защитный интервал между COFDM-символами ?

47.Какое условие определяет ортогональность многих несущих частот (при их минимальном частотном разносе) в случае COFDM-модуляции ?

48.Что является признаком шумоподобного (ШП) импульсного сигнала ?

двухпозиционной фазовой манипуляции (BPSK) ?

50.Что характеризует автокорреляционная функция импульсного сигнала ?

51.Почему в системах связи для получения ШП-радиосигналов используют не бинарные, а знакопеременные периодические псевдослучайные последовательности ?

52.Какой формулой определяется длина псевдослучайных последовательностей Хаффмена (М-последовательностей), если они формируются цифровым

автоматом с n разрядным регистром сдвига ?

53.Какой ШП-радиосигнал называют согласованным для приемника пользователя данного радиоканала ?

54.Чему равно отношение ширины спектра ШП-радиосигнала ( f BPSK ШП ) на входе

229

коррелятора приемника к ширине спектра узкополосного PSK-радиосигнала (

f BPSK ) на его выходе ?

55.Чему должно быть равно отношение полосы пропускания радиотракта корреляционного приемника ШП-радиосигнала ( ППP ) к полосе пропускания

полосового фильтра коррелятора приемника ( ПУПФ ) ?

56.Почему с увеличением количества ШП-радиосигналов в одном радиоканале качество приема полезного сигнала ухудшается постепенно ?

57.От чего зависит количество пользователей, которые могут работать в одном радиоканале ?

58.Каковы значения несущих частот N разных передатчиков ШП-радиосигналов,

работающих в одном радиоканале с полосой частот f ШП ?

59. Каковы преимущества CDMA-радиосвязи по сравнению с FDMA-радиосвязью и TDMA-радиосвязью ?

230

Приложение

Таблица П.1. Распределение радиочастот по Регламенту ВАКР