52. Радиоприем сигналов с ортогональным частотным разнесением ofdm. Демодулятор сигнала bpsk-ofdm.

На рисунке 8.48 приведена структурная схема демодулятора сигнала BPSK-OFDM.

Понижающий преобразователь частоты переносит спектр сигнала в низкочастотную область. Он состоит из 90 –градусного фазорасщепителя, местного генератора, двух перемножителей и сумматора. Квадратурные компоненты местного генератора синхронны соответствующим компонентам несущей.

Фильтр нижних частот обеспечивает селекцию сигнала, а блок прямого БПФ - его демодуляцию. На рисунке 8.48 приведены:

• Последовательности коротких импульсов с периодом , сдвинутые друг относительно друга на длительность защитного интервала (№1),

• Сигнал на выходе ФНЧ, содержащий символы OFDM и защитные интервалы (№2),

• Сигналы на выходах блока прямого ДПФ (№3..№5),

• Сигнал на выходе параллельно-последовательного преобразователя (№6).

Последовательности коротких импульсов обеспечивают удаление защитных интервалов при детектировании. Начиная с момента появления импульса I₁ запоминаются отсчеты входного сигнала блока прямого БПФ, а в момент появления импульса I₀ выполняется операция прямого БПФ по определению выходных сигналов блока. Уровни этих сигналов остаются неизменными до появления следующего импульса I₀.

Параллельно-последовательный преобразователь преобразует К входных последовательностей в одну последовательность элементарных посылок длительностью Т.

Рисунок 8.48 - Демодулятор сигнала OFDM

Рисунок 8.49 - Временные диаграммы сигналов в демодуляторе BPSK- OFDM

53.Радиоприем широкополосных (шумоподобных) сигналов: сущность широкополосной связи, основные свойства широкополосных систем, структурные схемы передатчика и приемника в системе с расширением спектра методом прямой последовательности

Широкополосная система - система, передаваемый сигнал которой занимает полосу частот, значительно превосходящую ту минимальную полосу частот, которая фактически требуется для передачи информации.

В широкополосной системе исходный модулирующий сигнал (например, сигнал телефонного канала) с полосой всего в несколько килогерц распределяют в полосе частот, ширина которой может быть несколько мегагерц. Последнее осуществляется путем двойной модуляции несущей передаваемым информационным сигналом и широкополосным кодирующим сигналом.

Существуют два основных вида широкополосной модуляции:

• метод прямой последовательности (Direct Sequence Spread Spectrum - DSSS),

• метод частотных скачков (Frequency Hopping Spread Spectrum - FHSS).

Оба эти метода предусматриваются стандартом IEEE 802.11 (Radio-Ethernet).

Свойства широкополосных систем:

• возможность селективной адресации,

• возможность уплотнения на основе кодового разделения,

• обеспечение скрытности передачи за счет использования сигналов с малой спектральной плотностью мощности,

• трудность расшифровки сообщений при подслушивании - конфиденциальность передач,

• высокая помехозащищенность,

• возможность повторного использования одного и того же участка спектра маломощными широкополосными сигналами и узкополосными сигналами более высокой мощности.

Последнее объясняется тем, что узкополосный сигнал может исказить только сравнительно узкий участок спектра широкополосного сигнала, а для узкополосного сигнала широкополосный не опасен из-за низкой мощности этого сигнала, соизмеримой с мощностью шумов.

На рисунке 8.50 приведена структурная схема передатчика в системе с расширением спектра методом прямой последовательности (DSSS – Direct Sequence Spread Spectrum). В передатчике осуществляется двойная модуляция несущей. Сначала информационный сигнал u1 модулирует синусоидальную несущую u0. Затем модулированный сигнал u2 подвергается в балансном модуляторе БМ вторичной модуляции псевдослучайной последовательностью u3, которую формирует генератор псевдослучайной последовательности Г_ПСП. Процесс балансной модуляции описывается соотношением

Рисунок 8.50 – Структурная схемы передатчика в системе с расширением спектра

методом прямой последовательности

Структурные схемы формирования широкополосного сигнала при фазовой модуляции несущей приведены на рисунке 8.51. Поскольку первичная и вторичная модуляции с математической точки зрения сводятся к операции перемножения, то их можно менять местами.

Рисунок 8.51 – Структурные схемы передатчика в системе с расширением спектра методом прямой последовательности при использовании фазовой модуляции информационого сигнала

На рисунке 8.52 приведены временные диаграммы формирования выходного сигнала передатчика.

Рисунок 8.52 – Временные диаграммы сигналов передатчика в системе с расширением спектра методом прямой последовательности

В качестве информационного сигнала используется последовательность элементарных посылок u1. На рисунке показан только один переход сигнала от посылки негатива к посылке позитива. Псевдослучайная последовательность u3 умножается на информационный сигнал u1. (Операция умножения заменяется на операцию сложения по модулю два, если информационный сигнал и псевдослучайная последовательность представлены уровнями логического нуля и логической единицы.)

Сигналом u2, полученным на выходе перемножителя, осуществляется фазовая модуляция несущей. Ширина спектра выходного сигнала во столько раз больше ширины спектра сигнала без расширения спектра, во сколько раз длительность информационной посылки больше длительности элементарной посылки псевдослучайной последовательности.

На рисунке 8.53 представлена структурная схема приемника в системе с расширением спектра методом прямой последовательности. Приемник содержит главный тракт приема ГТП, коррелятор и демодулятор сигнала фазовой манипуляции. Коррелятор состоит из перемножителя, на входы которого поступает широкополосный сигнал с выхода ГТП и псевдослучайная последовательность, синхронизированная с ПСП на передающей стороне канала связи, и узкополосный полосовой фильтр.

Рисунок 8.53 – Структурная схемы приемника в системе с расширением спектра

методом прямой последовательности

Помехоустойчивость приема при действии сильной сосредоточенной по частоте помехи объясняется тем, что при умножении помехи на ПСП спектр помехи расширяется, её спектральная плотность уменьшается. Поэтому на выходе узкополосного фильтра мощность помехи значительно меньше, чем на входе коррелятора.

На рисунке 8.54 представлена функциональная схема генератора псевдослучайной последовательности. В состав генератора входят три D-триггера и узел сложения по модулю два.

Рисунок 8.54 -Трехразрядный генератор псевдослучайной

кодовой последовательности максимальной длины

В таблице 8.2 записаны значения сигналов в течение 8 тактов работы генератора.

На нулевом такте осуществляется начальная установка триггеров в «1». При этом на выходе узла сложения по модулю два действует сигнал логического нуля.

С приходом очередного тактового импульса выполняются операции сдвига сигналов:U₁=U₄, U₄=U₃, U₃=U₂. После сдвигов формируется сигнал на выходе узла сложения по модулю два.

Таблица 8.2. Формирование псевдослучайной последовательности

Номер такта	U1	U2	U3	U4
0	1	0	1	1
1	1	0	0	1
2	1	1	0	0
3	0	0	1	0
4	0	1	0	1
5	1	1	1	0
6	0	1	1	1
7	1	0	1	1

Из таблицы видно, что на седьмом такте сигналы генератора повторяют значения соответствующих сигналов на нулевом такте. Таким образом, период псевдослучайной последовательности равен 7. В общем случае период псевдослучайной последовательности равен , где m – количество триггеров.

Последовательность называется псевдослучайной, так как она на самом деле представляет детерминированный периодический сигнал, который, однако, имеет статистические свойства белого шума.

При длительности элементарной посылки псевдослучайной последовательности (чипа) и m=23 период последовательности равен 8.388с, при m=43 – 101.7 суток, при m=61 – лет.

Рассмотренный метод расширения спектра нашел применение в системах подвижной связи с кодовым разделением CDMA (code-division multiple access).