5.11 Широкополосные сигналы

5.11.1 Общие сведения о широкополосных сигналах

Анализ эффективности различных видов модуляции показал, что вероятность ошибки при приеме любого элемента является функцией отношения энергии сигнала к спектральной плотности помех, т.е. функцией . Поскольку;, получим

,

где и– мощность соответственно сигнала и помехи;– ширина полосы пропускания канала связи.

Произведение называется базой сигнала. Из полученного выражения видно, что отношение сигнал/помеха зависит как от отношения мощности сигнала к мощности помехи, так и от базы сигнала. Обычно при передаче данных длительность элемента выбирают из условия. Поэтому. Для увеличения базы сигнала необходимо либо увеличивать его длительность, либо. Увеличение длительности сигнала при сохранении равенстваможно, если передавать символ не одним, а несколькими элементами. В этом случае каждому символу соответствует кодовая комбинация определенной структуры, с длительностью, равной базе сигнала. Такое формирование широкополосного сигнала называется расширением спектра методом прямой последовательности (Direct Sequence Spread Spectrum– DSSS). На рис 5.29 показано преобразование передаваемых символов 101 в широкополосный сигнал с

Рис. 5.29 – Эпюры напряжений

Из рис. 5.29 видно, что каждый символ (1 и 0) передается тремя элементами с разной структурой. В результате длительность символа увеличивается в 3 раза.

Если длительность передаваемого символа оставить прежней и за этот интервал времени передавать элементов, то длительность передаваемого элемента уменьшится, а ширина спектра сигнала возрастет враз. На рис. 5.30 показано, что символы «1» и «0» передаются тремя элементами. Поскольку длительность элемента увеличилась в 3 раза, ширина спектра возрастает в 3 раза.

Рис. 5.30 – К пояснению ШПС.

Код, применяемый для расширения спектра, выбирается так, чтобы результирующий сигнал был шумоподобным. Такие шумоподобные сигналы должны быть некоррелированы между собою. Наибольшую известность среди таких сигналов получили так называемые сигналы (коды) Баркера. Эти сигналы обладают уникальным свойством. Независимо от числа позиций кода автокорреляционная функция

,

не превышает 1 при ипри, здесь– значениеi-го символа; – значение символа, сдвинутого по времени на.

Структура сигналов Баркера и значения автокорреляционной функции приведены в табл. 5.5

Табл. 5.5

	Структура сигнала
3	1,1,-1	3,	0,	-1
4	1,1,-1,1	4,	1,	0,	-1
4	1,1,1,-1	4,	-1,	0,	1
5	1,1,1,-1,1	5,	0,	1,	0,	1
7	1,1,1,-1,-1,1,-1	7,	0,	-1,	0,	-1,	0,	-1
11	1,1,1,-1,-1,-1,1,-1,-1,1,-1	11,	0,	-1,	0,	-1,	0,	-1,	0,	-1,	0,	-1
13	1,1,1,1,1,-1,-1,1,1,-1,1,-1,1	13,	0,	1,	0,	1,	0,	1,	0,	1,	0,	1,	0,	1

Кроме сигналов Баркера широкое применение для расширения спектра находят так называемые псевдослучайные последовательности (ПСП).

Увеличение можно обеспечить путем скачкообразной перестройки рабочей частоты (Frequency Hopping Spread Spectrum – FHSS). Обычно скачкообразная перестройка рабочей частоты осуществляется по псевдослучайному закону. На рис. 5.31 показано преобразование последовательности символов 101 в сигнал с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ). Поскольку каждый символ передается несколькими элементами на нескольких частотах, такой сигнал называется сложным или широкополосным (ШПС).

Рис. 5.31 – К пояснению сигнала с ППРЧ