Sistemy_shirokopolosnoy_radiosvyazi_2009

3

Содержание

Предисловие. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Список аббревиатур . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Основные обозначения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Глава 1 ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ РАДИОСВЯЗИ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИИ РАСШИРЕННОГО СПЕКТРА. . . . . 13

1.1. Сравнительный анализ двоичных и m-ичных систем связи . . . . . . . . 15 1.2. Методика и пример расчета основных параметров

m-ичной системы радиосвязи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

1.3.Системы радиосвязи на основе технологии расширенного спектра27

1.4.Предельная эффективность идеальных систем передачи информации.

Критерии А. Г. Зюко . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

1.5.Построение , -диаграмм эффективности по методу А. Г. Зюко . 38

1.6.Помехоустойчивость и эффективность цифрового метода

передачи с кодово-импульсной модуляцией. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Контрольные вопросы и задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

Глава 2 ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ АНАЛОГОВЫХ МЕТОДОВ ПЕРЕДАЧИ НЕПРЕРЫВНЫХ СООБЩЕНИЙ . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

2.1. Постановка задачи и особенности аналоговых методов приема непрерывных сообщений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

2.2. Математическая модель непрерывного сообщения . . . . . . . . . . . . . 59 2.3. Методика нахождения максимально правдоподобной

оценки одного неизвестного параметра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 2.4. Потенциальная помехоустойчивость при передаче непрерывных

сообщений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 2.5. Потенциальная помехоустойчивость приемапри различных

одноступенчатых видах модуляции. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 2.6. Реальная помехоустойчивость приема сигналов с АМ, ЧМ и ФМ . 73 2.7. Вероятностная трактовка природы порогового явления . . . . . . . . . . 78 2.8. Потенциальная помехоустойчивость многоступенчатых видов

модуляции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 Контрольные вопросы и задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

4Содержание

Глава 3 ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ РАДИОСВЯЗИ С ШУМОПОДОБНЫМИ СИГНАЛАМИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

3.1. Определение и общие свойства шумоподобных сигналов . . . . . . . 93 3.2. Классификация шумоподобных сигналов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 3.3. Физическая трактовка механизма борьбы с многолучевостью.

Принцип разделения лучей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 3.4. Физическая трактовка механизма подавления

сосредоточенных по спектру (гармонических) помех. . . . . . . . . . . 102 3.5. Методы подавления сосредоточенных по времени

(импульсных) помех . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 Контрольные вопросы и задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

Глава 4 СИСТЕМЫ БИНАРНЫХ ФАЗОМАНИПУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ. БФМ-СИГНАЛЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .109

4.1. Классификация основных систем БФМ-сигналов . . . . . . . . . . . . . . 111 4.2. Системы симплексных БФМ-сигналов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

4.3.Системы БФМ-сигналов на основе последовательностей Голда . 114

4.4.Системы БФМ-сигналов на основе последовательностей Касами . 116

4.5.Системы ортогональных БФМ-сигналов

на основе функций Уолша . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 4.6. Производные системы ортогональных БФМ-сигналов Уолша. . . . 120 4.7. Совершенные двоичные решетки для CDMA — технологий. . . . . . 124 4.8. Правила размножения совершенных двоичных решеток

заданного порядка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 4.9. Классы минимаксных БФМ-сигналов на основе совершенных

двоичных решеток . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 4.10. Функции неопредленности БФМ-сигналов . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 4.11. Рекуррентный алгоритм скользящего корреляционного

декодирования циклических кодов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 4.12. Быстрые ортогональные преобразования

на основе совершенных двоичных решеток . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 Контрольные вопросы и задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

Глава 5 СИСТЕМЫ ДИСКРЕТНЫХ ЧАСТОТНЫХ СИГНАЛОВ . . . . . . . .169

5.1. Функция неопределенности дискретных частотных сигналов . . . . 171 5.2. Методы синтеза полных классов ДЧ-сигналов с оптимальными

функциями неопределенности. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 5.3. Алгоритмы Л. Е. Варакина построения оптимальных систем

ДЧ-сигналов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 5.4. Алгоритм построения полных классов оптимальных систем

ДЧ-сигналов на основе метода децимации. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194

6Содержание

7.11.Физические принципы построения сотовых систем мобильной

радиосвязи стандарта GSM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 7.12. Формат кадра TDMA в системе GSM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 Контрольные вопросы и задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287

Глава 8 ПРАКТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ С ШУМОПОДОБНЫМИ СИГНАЛАМИ . . . . . . . . . . . . . . . . . .291

8.1. Оптимальные методы приема шумоподобных сигналов. . . . . . . . . 293 8.2. Алгоритм работы и схема когерентного приемника различения

шумоподобных сигналов (с когерентным накоплением). . . . . . . . . 296 8.3. Алгоритм работы и схема некогерентного приемника различения

шумоподобных сигналов с когерентным накоплением . . . . . . . . . . 298 8.4. Алгоритм работы и схема некогерентного приемника различения

шумоподобных сигналов с некогерентным накоплением . . . . . . . . 300 8.5. Радиотелеграфная система связи «Rake» с ШПС для борьбы

с многолучевостью. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 8.6. Автокорреляционная радиотелеграфная система Ланге-Мюллера

с непрерывной структурой ШПС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 8.7. Асинхронная адресная система связи АИМ-ЧМ с импульсно-

частотной модуляцией . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314 8.8. Синхронная дискретно-адресная система связи ДМ-АМ

с накоплением отсчётов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317 8.9. Аналоговые системы связи с засекречиванием информации . . . . 322 8.10. Цифровая технология помехозащищённых телекоммуникаций

на основе плотно упакованных ЧВМ-сигналов . . . . . . . . . . . . . . . . 324 Контрольные вопросы и задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328

Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331 Предметный указатель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333 Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337

7

Предисловие

Дисциплина «Системы радиосвязи» (СРС) является одной из профилирующих, завершающих подготовку специалистов и магистров по специальностям: 8.090701 — «Радиотехника», 8.090702 — «Радиоэлектронные устройства, системы и комплексы», 8.090703

—«Аппаратура радиосвязи, радиовещания и телевидения», по направлению «РАДИОТЕХНИКА». Курс СРС непосредственно основывается на содержании предшествующих дисциплин таких, как «Статистическая радиотехника», «Радиоавтоматика», «Радиотехнические системы», «Основы теории передачи информации». Таким образом, при изучении дисциплины СРС студент сталкивается с комплексным применением знаний, полученных по основным дисциплинам специальности, включая высшую математику и физику.

Обобщая, систематизируя и развивая знания студентов, курс «Системы радиосвязи» формирует системный подход к проектированию основных видов цифровой радиосвязи, таких как: двоичные системы; m-ичные системы; системы связи на основе технологии расширенного спектра (FHSS, DSSS, ШПС+ППРЧ-коды); системы связи с помехоустойчивым кодированием (БЧХ-коды, РС-коды, сверточные коды); системы связи с шумоподобными сигналами; асинхронные адресные системы связи на основе компактных ансамблей ЧВМ-сигналов со свойством не более одного совпадения; системы радиосвязи на основе сигнально-кодовых конструкций — цифровая спутниковая связь; цифровые сотовые системы связи GSM- и CDMAтехнологий. Все отмеченные системы определили название данного пособия — «Системы широкополосной радиосвязи».

Теоретическую основу проектирования — базис этого пособия

—составляют методы синтеза различных классов шумоподобных сигналов, включая методы синтеза на основе совершенных двоичных решеток — двумерных совершенных разностных множеств.

8

Это связано, с одной стороны, со значительными успехами в развитии и становлении теории сигналов как самостоятельной отрасли науки благодаря научным трудам целой плеяды ученых, таких как: Л. Е. Варакин, И. А. Глобус, С. Голомб, М. Б. Свердлик, В. П. Ипатов, М. И. Пелехатый, Р. Турин, Л. Френкс, Р. Л. Френк, Я. Д. Ширман

имногие другие. С другой стороны, выбор базиса книги предопределен научным направлением автора и связанным с ним руководством научными работами аспирантов. Ряд научных результатов, полученных автором в области теории систем сигналов, адаптирован на студенческую аудиторию и излагается в учебной литературе впервые.

Автор полагает, что данное пособие будет полезно инженерам, занятым разработкой и эксплуатацией современных систем телекоммуникаций, а также всем, кто хотел бы изучить физические принципы работы систем широкополосной радиосвязи, избегая при этом излишне сложных формальных построений.

Явесьма признателен всем моим друзьям и коллегам, студентам

иаспирантам, кто помог мне в создании данной книги. Надеюсь, что я сумел доходчиво ответить на поставленные ими вопросы. Отдельно хотел бы поблагодарить ректора университета — академика Малахова Валерия Павловича за внимание к работе, поддержку и помощь в издании книги.

Украина, 650044, г. Одесса проспект Шевченко, 1, Одесский национальный политехнический университет,

кафедра «Информационная безопасность».

9

Список аббревиатур

ДПАКФ — двумерная периодическая автокорреляционная функция ДПВКФ — двумерная периодическая взаимокорреляционная функция

10 Список аббревиатур