5.11.4 Области применения широкополосных сигналов

Области применения ШПС определяются их преимуществами перед узкополосными. Одной из важнейших областей применения ШПС является повышение помехоустойчивости радиолиний. Покажем это на следующем примере.

Допустим, что при формировании ШПС псевдослучайной последовательностью воздействуют на уже модулированный сигнал (рис. 5.33), тогда на приемной стороне будет напряжение вида

.

После умножения на получим

,

т.е. напряжение помехи модулируется сигналом ПСП с базой. Следовательно, ее спектр расширяется враз. Демодулятор, включенный после устройства сжатия спектра, содержит полосовой фильтр с полосой пропускания, равной ширине спектра узкополосного сигнала (враз меньшей ширины спектра ШПС). Поэтому мощность помехи на выходе полосового фильтра уменьшается враз. При преднамеренной постановке помех использование ППРЧ позволяет существенно повысить помехоустойчивость радиолинии, поскольку в этом случае необходимо распределять мощность передатчика во всем диапазоне перестройки частоты, т.е. в диапазонечастотных каналов. Это существенно снижает (враз) спектральную плотность помехи в полосе одного частотного канала. Если на радиолинию воздействуютузкополосных помех с равновероятным законом распределения в полосе перестройки сигнала, то вероятность совмещения хотя бы одной помехи с сигналом равна

.

При получим

.

В случае превышения помехой уровня сигнала это выражение будет определять и вероятность ошибки . Следовательно, при передачесимволов в сообщении в среднем будет искаженосимволов. Если дополнительно использовать помехоустойчивый код, исправляющийсимволов, то можно обеспечить высокую помехозащищенность радиолинии.

Указанное выше положительное свойство ШПС создает возможность использовать эти сигналы в другой области – в области повышения скрытности передачи сигналов. Широкополосный сигнал можно передавать на уровне шумов канала связи. В этом случае сигнал не будет виден и только после сжатия спектра этот сигнал можно воспринять. Поскольку для сжатия спектра необходимо знать структуру ПСП, принять передаваемое сообщение сможет только пользователь, которому это сообщение предназначено. Для обеспечения гарантированной скрытности структуру ПСП необходимо периодически изменять.

Скрытность передачи информации можно обеспечить путем суммирования по модулю 2 передаваемой информационной последовательности () и ПСП, т.е. передачей ПСП.

Не зная структуру ПСП, трудно определить содержание . На приемной стороне принимаемую последовательность суммируют с ПСП.

ПСППСП=,

и выявляют содержание передаваемого сообщения.

Для выяснения другой области применения ШПС предположим, что сигнал состоит из символов. Тогда число различных сигналов равно. Если, например,=100, то; т.е. получилось очень большое число. Из этого количества сигналов можно выбрать такие, чтобы каждому абоненту соответствовал свой собственный ШПС, т.е. свой адрес. Тогда все абоненты могут работать в общем диапазоне частот, а различать их можно будет по присвоенному адресу. Такой способ разделения сигналов называется кодовым (code division multiple access - CDMA).

Рассмотрим CDMA как систему DSSS-BPSK. На рис. 5.39 приводится пример такой системы с пользователями, которые для передачи применяют индивидуальные, взаимно ортогональные псевдослучайные последовательности. В процессе передачи сигнала определенным пользователем последовательность данныхмодулируется согласно схемеBPSK. Полученный сигнал с шириной полосы умножается на код расширения пользователя (ПСП). Все сигналі (а также шум) принимаются антенной приемника. Предположим, что приемник пытается восстановить данные, полученные от пользователя 1. Полученный сигнал умножается на ПСП пользователя 1, после чего демодулируется. В результате ширина полосы этой части суммарного канала, соответствующей пользователю 1, уменьшается пропорционально скорости передачи данных и становится равной полосе исходного сигнала до расширения спектра. Поскольку остальная часть суммарного сигнала ортогональна коду расширения пользователя 1, она будет по-прежнему иметь ширину полосы . Таким образом, энергия нежелательных сигналов распределена по широкой полосе спектра, а искомый сигнал сконцентрирован в узкой полосе. Если в контуре демодулятора присутствует полосовой фильтр, искомый сигнал можно успешно восстановить.

Рис. 5.39 Система с CDMA

Таким образом, сигналы различных абонентов можно одновременно передавать в одном диапазоне частот.

Однако при работе большого количества абонентов в одной полосе частот отношение сигнал/помеха все-таки уменьшается. Если число работающих абонентов , то отношение сигнал/помеха уменьшается примерно враз. Поэтому такие сигналы эффективны только тогда, когда не требуется высокое качество передачи информации, что характерно для систем мобильной связи.

Используя корреляционные свойства ШПС, можно бороться с многолучевостью. Многолучевость возникает, когда сигнал отражается от различных сред, и в результате в точку приема приходят несколько лучей. Возникает интерференция, а следовательно, и замирания сигналов. Допустим, в точке приема присутствуют 3 луча, прошедшие различные траектории. На выходе коррелятора ШПС будут 3 всплеска корреляционной функции с длительностью (рис. 5.40). Присигналы различных лучей распределены между собой и поэтому не мешают друг другу. Условием разделения является. Это условие безискаженного приема ШПС при многолучевом распространении сигнала.

Рис. 5.40 К пояснению условия безискаженного приема

Из сказанного выше следует, что широкополосные сигналы находят широкое применение при решении важнейших проблем, возникающих в телекоммуникационных системах.