4.4. Псевдовипадкові стрибки в часі (thss).
Цей метод розширення спектру полягає в передачі ущільнених пакетів повідомлення у псевдовипадкові (PN) моменти часу (рис.4.3).
Все повідомлення у часовому порті розбивається на однакові за тривалістю пакети (slots), кожний з яких ущільнюється в часі у N раз. Частотний спектр повідомлення внаслідок часового стиску розширюється в N раз.
В свою чергу час передачі розділяють на однакові часові кадри-фрейми (frams). В кожному кадрі вміщується N однакових інтервалів, тривалість яких не менша, ніж тривалість одного стисненого пакета повідомлення. Номер інтервала в межах кадру, що заповнюють черговим стисненим пакетом повідомлення, задає генератор PN послідовності. Решта інтервалів в межах кадру заповнюють пакетами інших повідомлень або білим шумом.
Далі вміст послідовності часових рамок модулює несучу та випромінюється в канал передачі, де до нього додаються завади.
В часовому порті на приймальній стороні за номерами, що задаються генератором PN послідовності, вибираються пакети в кадрах та розширюються в часі у N раз. Якщо на приймальній стороні відтворена та ж PN послідовність k(t), що й на передавальній стороні, то повідомлення відновлюється правильно.
У буферній пам’яті формується остаточне повідомлення, від якого фільтр низьких частот ФНЧ відділяє високочастотну частку завад.
Очевидно, виграш перетворення G дорівнює коефіцієнту стиску N і може сягати 104.
Система ТНSS добре узгоджується з пакетним принципом передачі даних в сучасних цифрових мережах. Недолік системи ТНSS – дещо гірша завадостійкість порівняно зі системами DSSS та FHSS.
4.5. Цифрова модуляція в системах з розширеним спектром.
Цифрову модуляцію здійснює модем.
У системі DSSS поширеними є різновиди ортогональної модуляції (MOK, Modulation Orthogonal Keying), фазоімпульсної модуляції (PPM, Phase-Pulse Keying), квадратурної амплітудної модуляції (QAM, Quadrature Amplitude Keying).
В системі FHSS модем розбиває повідомлення на слоти, а в системі THSS ще й стискає їх у часі.
В комерційному використанні є системи DSSS та FHSS. Розглянемо практичний перспективний вид модуляції у системі DSSS.
Принцип роботи DSSS системи з MOK модуляцією досить повно розкриває рис.4.4.
Збільшення інформаційної швидкості в такій системі досягається за рахунок використання кількох PN кодів, кожний з яких співставлений з певним символом. Таким чином, в каналі передається не послідовність інформаційних бітів, а послідовність інформаційних символів. Множник інформаційної швидкості рівний кількості використаних PN кодів і зазвичай рівний цілому степеню 2.
На рис.4.4 показана схема біортогональної модуляції (MBOK, Modulation with Bi-Orthogonal Keying) з подальшим використанням квадратурної модуляції несучої частоти.
Замість PN послідовностей застосована система з 8 функцій Уолша, тактова частота яких значно більша, ніж тактова частота інформаційних символів.
Уолш Джозеф Леонард (Walsh, 1895 – 1973), американський математик. Працював головно у Гарвардському та Чікагському університетах. Основні праці – більше 300 – в теорії функцій та топології. У 1923 році в малопомітній статті запропонував функції, які згодом почали широко використовувати з його іменем.
Функції Уолша – це сімейство періодичних ортонормованих функцій, що приймають значення 1 та -1 (див. рис. 4.5). Функції Уолша широко використовуються в теорії сигналів (узагальнене перетворення Фур’є, вейвлет-перетворення). У сучасному радіозв’язку з їх допомогою, зокрема, здійснюється розділення каналів у цифрових стандартах мобільного зв’язку IS-95, CDMA2000 або UMTS.
Оскільки функції Уолша ортонормовані, можлива квадратурна модуляція несучої з подвоєнням швидкості інформаційного потоку.
Вхідний потік двійкових даних мультиплексор групує по 3 біти, утворюючи послідовність пар 3-бітних символів, кожному з яких співставлена одна з 8 підібраних функцій Уолша. За рахунок цього інформаційна швидкість у 3 рази вища, ніж за звичайної DSSS на рис.3.1. Але подальша квадратурна модуляція (QPSK, Quadrature Phase Shift Keying) дозволяє передавати одночасно 2 символи, що ще подвоює інформаційну швидкість.
Конфіденційність передачі інформації забезпечується унікальністю набору функцій Уолша.
Необхідною умовою застосування QPSK разом з MBOK є когерентне детектування на приймальній стороні, для чого треба додатково передавати фазу несучої.
Описаний метод модуляції вимагає генерування 8 функцій Уолша на передавальній і на приймальній сторонах. Дещо простішим є застосування циклічних PN кодів, наприклад коду Баркера певної довжини.