5.11.3 Расширение спектра методом скачкообразной перестройки частоты

Как показано ранее, при использовании расширенного спектра со скачкообразной перестройкой частоты (Frequency Hopping Spread Spectrum – FHSS) передача сигнала производится с помощью определенных наборов частот, имеющих свойства псевдослучайных последовательностей. Перестройка частоты сигнала происходит через определенные интервалы времени. Изменение рабочих частот приемника синхронизируется с передатчиком, что обеспечивает правильный прием передаваемого сигнала. Как правило, используют несущих частот. Расстояние между несущими частотами (а, следовательно, ширина полосы пропускания канала) обычно равно ширине спектра входного сигнала. При передаче каждый канал используется в течение фиксированного интервала времени; в стандартеIEEE 802.11, например, этот интервал равен 300 мс. В течение такого интервала производится передача некоторого количества закодированных определенным образом бит (возможно, частей бит). Последовательность использования каналов задается ПСП. Приемник и передатчик используют один и тот же код, а переходы между каналами выполняются синхронно.

На рис. 5.38 приводится типовая блок-схема системы связи со скачкообразной перестройкой частоты. При передаче двоичные данные подаются на модулятор, работающий с использованием определенного метода модуляции. Например, частотной манипуляции (frequency-shift keying – FSK) или же двоичной фазовой манипуляции (binary phase shift keying – BPSK).

Генератор ПСП формирует -разрядную кодовую комбинацию. Полученныебит на выходе генератора определяют одну изнесущих частот. Если скорость перестройки превышает скорость передачи информационных символов, то имеем систему с быстрой перестройкой частоты. В этом случае один символ передается на нескольких частотах. Если скорость перестройки меньше скорости передачи данных, т.е. на одной частоте передаются несколько символов, такую перестройку называют медленной. Для каждого из последующих интервалов времени выбирается новая несущая частота. Эта частота модулируется сигналом сFSK или BPSK. Приемник демодулирует полученный ШПС с помощью той же последовательности частот (основанной на ПСП), которая использовалась при модуляции. Для получения выходных данных полученный сигнал еще раз демодулируется.

В схеме на рис. 5.38 показан пример перемножения двух сигналов с использованием FSK в качестве метода модуляции данных. Сигнал FSK на входе системы FHSS можно определить следующим образом:

, при .

Здесь – амплитуда сигнала;

– несущая частота;

– значениеi-го бита данных (+1 или -1);

– разнос частот;

– длительность передачи одного бита; скорость передачи данных равна.

Таким образом, в течение интервала передачи i-го бита частота сигнала будет равна -, если бит примет значение -1, и+при значении бита +1.

Рис. 5.38 Схема расширения спектра скачкообразной перестройкой частоты.

Синтезатор частот генерирует последовательности гармоник, частота которых изменяется через равные промежутки времени. Переходы в наборе частот определяются ПСП. Будем считать время передачи на одной частоте равным времени передачи одного бита. Тогда результирующий сигнал во времяі-го интервала передачи (передачи і-го бита) можно выразить в следующем виде:

,

или

.

Здесь – частота сигнала, сформированного синтезатором частот во времяі-го интервала передачи.

Полосовой фильтр выделяет верхнюю боковую полосу. Тогда полученный сигнал FHSS может быть записан в виде:

.

Частота информационного сигнала в течение і-го интервала передачи равна , если значение бита -1, ипри значении +1.

Приемник получит сигнал, описываемый функцией . Умножение полученного сигнала на копию ПСП дает в результате следующее:

,

или

.

Выделяя нижнюю боковую полосу, получим

.

Таким образом, сигнал на выходе системы передачи соответствует переданному.