6 Лабораторная работа №6

Исследование кодового разделения каналов

6.1 Цель работы

Изучение метода кодового разделения каналов

6.2 Предварительная подготовка

Изучить принципы построения устройств кодового разделения каналов

Для   разделения   сигналов могут использоваться не только такие очевидные признаки, как частота, время и фаза. Наиболее общим признаком является форма сигналов. Различающиеся по форме сигналы могут передаваться одновременно и иметь перекрывающиеся частотные спектры, и тем не менее такие сигналы можно разделить, если выполняется условие их ортогональности. Пусть в качестве переносчиков выбраны импульсы, последовательность которых образует, например, степенной ряд.

В предположении, что информация содержится в коэффициентах с1,с2, ..., для группового сигнала запишем s(t)=c₁1+c₂t+...+c_Nt^N-1.

Члены ряда линейно независимы, и, следовательно, ни один из канальных сигналов c_Kt^K-1 не может быть образован линейной суммой всех других сигналов. Это легко понять, обратив внимание на то, что многочлен от t может быть тождественно равен нулю только в том случае, когда все его коэффициенты равны нулю.

В последние годы успешно развиваются цифровые методы   разделения   сигналов по их форме, в частности, в качестве переносчиков различных   каналов  используются дискретные ортогональные последовательности в виде функций Уолша, Радемахера и другие. Широкое развитие методов разделения   по форме сигналов привело к созданию систем связи с   разделением  "почти ортогональных" сигналов, представляющих собой псевдослучайные последовательности, корреляционные функции и энергетические спектры которых близки к аналогичным характеристикам "ограниченного" белого шума. Такие сигналы называют шумоподобными (ШПС). Основной характеристикой ШПС является база сигнала В, определяемая как произведение ширины его спектра F на его длительность Т.

База ШПС характеризует расширение его спектра по сравнению со спектром исходного сигнала. Расширение спектра частот может осуществляться умножением исходного сигнала (например, двухчастотной ЧМ) на псевдослучайную последовательность (ПСП) с периодом повторения Т (равным длительности интервала модуляции исходного ЧМ-сигнала), включающую N бит ПСП длительностью  ₀ каждый. В этом случае база ШПС численно равна количеству элементов ПСП В=Т/ ₀=N.

Поскольку параметры сигнала ШПС (значения бит ПСП - два набора значений в случае двухчастотной ЧМ) известны, то прием ШПС может производится приемниками, рассчитанными на прием сигналов с известными параметрами. В результате отношение сигнал/шум на выходе приемника улучшается в В раз по отношению ко входу.

В зарубежных источниках для обозначения данного принципа применяется понятие кодового   разделения     каналов   Code Division Multiply Access (CDMA).

6.3 Рабочее задание

6.3.1 Изучите временные характеристики псевдослучайных последовательностей. Для этого соберите простейшую схему с генератором функций Уолша (рисунок 6.1).

Рисунок 6.1

Используя материалы, приведенные в приложении, объясните принципы формирования псевдослучайных последовательностей. Заполните таблицу для функций Уолша [88].

Используя материалы, приведенные в приложении и [1], сделать выводы о свойствах ПСП.

6.3.2 Исследуйте автокорреляционные и взаимно-корреляционные функции для псевдослучайных последовательностей порядка 8 и 64. Номера строк ПСП (от нуля до 63) задаются преподавателем. Соберите схему, приведенную на рисунке 6.2.

Таблица 6.1

Порядок	Такты
	0	1	2	3	4	5	6	7
1	0	1	0	1	0	1	0	1
2
3
4
5
6
7

Рисунок 6.2

Запустите схему на выполнение и, затем, перейдите в окно анализа.

Постройте автокорреляционные и взаимно-корреляционную функции для выходных сигналов модулей 3 и 5 (рисунок 6.2). Для этого в окне анализа вызовите калькулятор SystemViewи перейдите на вкладкуCorr Conv(рисунок 5.3). В диалоговом окне калькулятораSystemViewпоследовательно выберите опциюAutoCorrelateдля оконw0 Вых. Сигнал 1 иw4 Вых. Сигнал 2, а затемопциюCrossCorrelateдля этих же окон. Для сравнительного анализа объедините построенные графики в один с помощью опцииOperators/OverlayPlot. Сравните полученные графики и сделайте вывод о возможности использования ПСП в качестве признака для кодового разделения каналов.

Рисунок 6.3

6.3.3 Соберите схему кодового разделения каналов (рисунок 6.4).

Модулятор выполняется на перемножающем устройстве (модуль 3). На его первый вход подается сигнал от источника (модуль 0). На второй вход перемножителя 3 поступает псевдослучайная последовательность (ПСП) от генератора функций Уолша (модуль 4). Сигнал с расширенным спектром с выхода модулятора 3 выдается в сумматор 7 и далее в канал связи.

На приемной стороне сигнал из канала связи поступает на первый вход демодулятора (модуль 9), на второй вход которого поступает ПСП с выхода генератора функций Уолша (модуль 11). Окончательное восстановление демодулированного сигнала выполняется с помощью интегратора со сбросом (модуль 12). Интегратор 12 включает дополнительное ключевое устройство, которое преобразует проинтегрированный сигнал в цифровую форму. Для сравнения в схему включен интегратор со сбросом (модуль 17), работающий в режиме непрерывного интегрирования. Более подробные сведения о работе устройства можно получить из приложения, а также работы [1`]¹.

Рисунок 6.4

При сборке схемы модули 1, 5 и 6 в схему не включаются и будут использованы позже.

Запустите схему на выполнение и изучите полученные временные диаграммы.

Рисунок 6.5

6.3.4 Дополните схему элементами передатчика второго канала (модули 1, 5 и 6). Запустите схему на выполнение вновь. Теперь в канале связи будет иметься два различных сигнала с расширенным спектром. Сравните временные диаграммы в канале связи, на выходе демодулятора и на выходе интегратора. Сделайте вывод о выполняемых ими функциях. При необходимости используйте математические выкладки из приложения и [1].

6.3.5 Дополните схему элементами приемника второго канала (рисунок 6.5).

Убедитесь, что на выходе системы отсутствует влияние между каналами. Для этого установите значение амплитуды выходного сигнала источника сообщений (модуль 0) равным нулю. Запустите систему и просмотрите временные диаграммы выходных сигналов.

Теперь восстановите амплитуду сигнала на выходе модуля 0 и установите амплитуду сигнала на выходе модуля 1 равной нулю. Запустите систему вновь и просмотрите временные диаграммы выходных сигналов.

6.3.6 Теперь проверьте влияние мощности передаваемых сигналов на другие каналы. Для этого по очереди изменяйте значения амплитуды источников сообщений (модули 0 и 1) от 0 до 10 Вольт, ступенями через 2 Вольт.

3. Выводы

Сделайте выводы о влиянии мощности передаваемых сигналов на другие каналы.

3. Контрольные вопросы

6.4.1 Назначение множественный доступ с кодовым разделением каналов.

6.4.2 Почему используются ортогональные коды в системах CDMA.

6.4.3 Что позволяет модуляция с расширением спектра и методы CDMA.

6.4.4 Назначение коррелятора.

6.4.5 Поясните принцип работы системы сотовой связи с кодовым разделением каналов.

Список литературы

1. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение: 2-е изд. /Пер. с англ.М.: Издательский дом «Вильямс», 2003.1104 с.

2. Разевиг В.Д., Лаврентьев Г.В., Златин И.Л. SystemViewсредство системного проектирования радиоэлектронных устройств / Под ред. В. Д. Разевига.Горячая линия-Телеком, 2002.352 с.

3. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов.СПб.: Питер, 2002.608 с.

4 Загидуллин Р.Ш, Карутин С.Н, Стешенко В.Б. SystemView-системотехническое моделирование устройств обработки сигналов.-М:.Горячая линия.-2005г.-294стр.

Содержание

Общие сведения...…………………………………………………………...	7
1 Лабораторная работа №1……………………………………………………	7
1.1 Цель работы…………………………………………………………..	7
1.2 Предварительная подготовка………………………………………..	8
1.3 Рабочее задание ……………………………………………………...	8
1.4 Выводы………………………………………………………………..	13
1.5 Контрольные вопросы……………………………………………….	14
2 Лабораторная работа №2……………………………………………………	14
2.1 Цель работы…………………………………………………………..	14
2.2 Предварительная подготовка………………………………………..	16
2.3 Рабочее задание ……………………………………………………...	16
2.4 Простой элайзинг…………………………………………………….	20
2.5 Восстановление дискретизованных сигналов……………………...	22
2.6 Дуобинарное упражнение……………………………………………	26
2.7 Выводы………………………………………………………………..	27
2.8 Контрольные вопросы……………………………………………….	27
3 Лабораторная работа №3……………………………………………………	28
3.1 Цель работы…………………………………………………………..	28
3.2 Предварительная подготовка………………………………………..	29
3.3 Рабочее задание ……………………………………………………...	33
3.4 Выводы………………………………………………………………..	33
3.5 Контрольные вопросы……………………………………………….	33
4 Лабораторная работа №4……………………………………………………	33
4.1 Цель работы…………………………………………………………..	33
4.2 Предварительная подготовка………………………………………..	37
4.3 Рабочее задание ……………………………………………………...	42
4.4 Выводы………………………………………………………………..	42
4.5 Контрольные вопросы……………………………………………….	42
5 Лабораторная работа №5……………………………………………………	43
5.1 Цель работы…………………………………………………………..	43
5.2 Предварительная подготовка………………………………………..	43
5.3 Рабочее задание ……………………………………………………...	45
5.4 Выводы………………………………………………………………..	50
5.5 Контрольные вопросы……………………………………………….	50
6 Лабораторная работа №6……………………………………………………	50
6.1 Цель работы…………………………………………………………..	50
6.2 Предварительная подготовка………………………………………..	56
6.3 Рабочее задание ……………………………………………………...	56
6.4 Выводы………………………………………………………………..	56
6.5 Контрольные вопросы……………………………………………….	56
Список литературы……………………………………………………………	56

Дополнительный план 2008г., поз.

Адильжан Джакипбекович Джангозин

Катипа Сламбаевна Чежимбаева

Альмира Далелханкызы Мухамеджанова

ТЕОРИЯ ИНФОРМАЦИИ

Методические указания к выполнению лабораторных работ

(для студентов очной формы обучения специальности 050704 - Вычислительная техника и программное обеспечение)

Редактор Курманбаева Т.С.

Подписано в печать Формат 60х84

Тираж экз. Бумага типографская №1

Объем уч.-изд.л Заказ Цена тг

Копировально-множительное бюро Некоммерческого акционерного общества «Алматинский институт энергетики и связи»