Лекция №12

Тема №5: ШИРОКОПОЛОСНЫЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ

Тема лекции: ШИРОКОПОЛОСНЫЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ

Введение

Широкополосные системы связи со свойственными им возможностями находят все большее применение в различных радиотехнических системах. Диапазон их применения достаточно широк: это помехозащищенные системы; системы с многостанционным доступом с кодовым разделением каналов; системы обеспечивающие борьбу с многолучевостью.

5.1. Основные свойства и характеристики широкополосных систем связи

Широкополосные системы связи (ШПСС)- это системы передачи информации, в которых сигнал занимает полосу частот, превышающую минимально необходимую для передачи этой информации.

В широкополосных системах используются широкополосные сигналы(ШПС), т. е. сигналы обладающие частотной избыточностью. При этом расширение спектра частот, занимаемого ШПС, осуществляется независимо от передаваемого сообщения с помощью того или иного вида модуляции или кодирования, который должен быть известен на приемной стороне. Исходя из данного определения ШПС, например, системы с частотной модуляцией к ШПСС не относятся, так как в них расширение спектра сигнала связано непосредственно с передаваемым сообщением. Это определение справедливо как при передаче аналоговых так и при передаче дискретных сообщений.

Вводимая в сигнал частотная избыточность сигнала характеризуется базой сигнала

где f_c- ширина спектра сигнала,F- ширина спектра сообщения.

В узкополосных системах связи B 1. ЕслиB >> 1, то имеет место ШПСС. Например, к ШПСС относятся системы связи использующие сигнал с внутриимпульсным кодированием с фазовой манипуляцией (посылка длительностиТразбивается наLэлементов с длительностью_э= T/L, отличающихся начальными фазами, смена которых происходит по определенному закону). База такого сигнала определяется как

К основным свойствам ШПСС относятся:

1. Высокая устойчивость к воздействию организованных помех (повышенная помехоустойчивость).

2. Скрытность передачи (малая вероятность обнаружения и перехвата сообщений).

3. Связь многих абонентов в общей полосе частот (обеспечение многостанционного доступа на основе кодового разделения каналов).

4. Высокая разрешающая способность по времени прихода сигнала,

(борьба с многолучевостью, возможность точной синхронизации).

Повышенная помехоустойчивостьШПСС определяется тем, что при ограниченной мощности помехиP_пи ширине ее спектраf_пменьшей или равной ширине спектра сигналаf_сприменение ШПС позволяет существенно увеличить отношение сигнал-шум относительно узкополосных сигналов. ПриP_п=N_пf_п /2 иf_п=f_сотношение сигнал-шум на выходе корреляционного приемника (согласованного фильтра) имеет вид

где E_c- энергия сигнала,N_п / 2 - спектральная плотность помехи.

Из (6.2) следует, что отношение сигнал-шум в ШПСС увеличивается пропорционально базе сигнала, определяемой как (5.1). Подобный выигрыш в отношении сигнал-шум имеет место и при сосредоточенных по спектру помехах, когда f_п  f_с. Помехоустойчивость приема сигналов на фоне широкополосной помехи (f_п > f_с) типа белого гауссовского шума определяется только отношением энергии сигналаE_cк спектральной плотности шумаNили помехиN_пи не зависит от вида сигнала.

Скрытность передачив ШПСС связана с уменьшением спектральной плотности сигнала в результате увеличения его базы. При заданной мощности сигнала P_c=f_с N_c / 2спектральная плотность ШПС

в Bраз меньше, чем у узкополосного сигнала при равных мощностях и скорости передачи информации.Поэтому в точке приема при неизвестной структуре псевдошумового сигнала (ШПС) вероятность его обнаружения на фоне шума низка (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Спектральная плотность сигналов с различными

базами N_c и шума N

Уменьшение спектральной плотности сигнала в Bраз сказывается не только на повышении скрытности передачи информации, но и в ряде случаев позволяет обеспечить лучшую электромагнитную совместимость.

Многостанционный доступразличных абонентов в общей полосе частот на основе использования ШПС может быть обеспечен при кодовом разделении каналов. В этом случае отдельные абоненты имеют разные формы ШПС (расширение спектра частот осуществляется на основе способов модуляции или кодирования, различных для каждого канала). Сигналы разных абонентов выбирают таким образом, чтобы они были приблизительно ортогональны (квазиортогональны):

Высокая разрешающая способностьпо времени прихода сигнала основана на том, что ШПС имеют корреляционную функцию с узким пиком, длительность которого обратно пропорциональна ширине спектра сигналаf_c.

При оптимальной обработке ШПС корреляторы или согласованные фильтры дают выходной сигнал, пропорциональный корреляционной функции ШПС. Отклики согласованных фильтров при приеме сигналов в многолучевом канале (рис. 5.2, а) для узкополосных сигналов (рис. 5.2, б) и ШПС (рис. 5.2, в) определяют возможность разделения при приеме запаздывающих лучей. Узкая функция корреляции ШПС позволяет устранить интерференцию принимаемых сигналов и связанных с ней потерь в мощности.

а).

б).

в).

Рис. 5.2. Сигналы на выходе согласованного фильтра

Возможность разделения отдельных лучей и как следствие определение времени прихода сигналов позволяет повысить точность синхронизациипри использовании ШПС.