38. Системы передачи информации с кодовым разделением каналов.

Для разделения сигналов могут использоваться не только такие очевидные признаки, как частота, время и фаза. Наиболее общим признаком является форма сигналов. Различающиеся по форме сигналы могут передаваться одновременно и иметь перекрывающиеся частотные спектры, и тем не менее такие сигналы можно разделить, если выполняется условие их ортогональности. Пусть в качестве переносчиков выбраны импульсы, последовательность которых образует, например, степенной ряд.

В предположении, что информация содержится в коэффициентах с1,с2, ..., для группового сигнала запишем s(t)=c11+c2t+...+cNtN-1.

Члены ряда линейно независимы, и, следовательно, ни один из канальных сигналов cKtK-1 не может быть образован линейной суммой всех других сигналов. Это легко понять, обратив внимание на то, что многочлен от t может быть тождественно равен нулю только в том случае, когда все его коэффициенты равны нулю.

В последние годы успешно развиваются цифровые методы разделения сигналов по их форме, в частности, в качестве переносчиков различных каналов используются дискретные ортогональные последовательности в виде функций Уолша, Радемахера и другие. Широкое развитие методов разделения по форме сигналов привело к созданию систем связи с разделением "почти ортогональных" сигналов, представляющих собой псевдослучайные последовательности, корреляционные функции и энергетические спектры которых близки к аналогичным характеристикам "ограниченного" белого шума. Такие сигналы называют шумоподобными (ШПС). Основной характеристикой ШПС является база сигнала В, определяемая как произведение ширины его спектра F на его длительность Т.

База ШПС характеризует расширение его спектра по сравнению со спектром исходного сигнала. Расширение спектра частот может осуществляться умножением исходного сигнала (например, двухчастотной ЧМ) на псевдослучайную последовательность (ПСП) с периодом повторения Т (равным длительности интервала модуляции исходного ЧМ-сигнала), включающую N бит ПСП длительностью t 0 каждый. В этом случае база ШПС численно равна количеству элементов ПСП В=Т/t 0=N.

Поскольку параметры сигнала ШПС (значения бит ПСП - два набора значений в случае двухчастотной ЧМ) известны, то прием ШПС может производится приемниками, рассчитанными на прием сигналов с известными параметрами. В результате отношение сигнал/шум на выходе приемника улучшается вВ раз по отношению ко входу.

В зарубежных источниках для обозначения данного принципа применяется понятие кодового разделения каналов CodeDivisionMultiplyAccess (CDMA).

ЕЩЕ ПРО ШПС , он вроде сказал схему надо

ШИРОКОПОЛОСНЫЕ СИГНАЛЫ (ШПС).

Такие сигналы можно рассматривать как первичные модулированные: сигнал переносчик – случайная функция, параметры которой изменяются. Допустим, имеется сигнал длительностью Тс, его спектр – Fc. Если произведение B=Тс*Fc меньше единицы – это узкополосный сигнал. «B» получило название «база сигнала». Пример узкополосного сигнала прямоугольный импульс, если его длительность, а основная часть спектра 1/ τ (см. соотв. тему), их произведение равно 1.

Если же B>>1, это широкополосный сигнал. Идея, которая привела к его появлению очень проста. Известно, что энергия сигнала основной фактор определяющий качество приема. Ее можно определить либо по временной функции,

Как ее увеличить?

- Удленить сигнал Тс, но при этом падает скорость передачи, уменьшается пропускная способность канала связи.

- Поднять амплитуду сигнала. Во первых, надо помнить, что «наш сигнал» это помеха для других систем, во вторых в нашем передатчике быстро «сядет аккумулятор». Это особенно важно для систем с радиодоступом.

- Расширить спектр сигнала. Это и есть ШПС или в развитии CDMA. Энергия доводится в приемнике до определенного уровня путем суммирования огромного количества маломощных спектральных составляющих.

Сформировать ШПС можно непрерывным способом, например, по схеме рис.1. дельта функция одновременно подается на узкополосные фильтры различных частот wn, ослабляется звеном βn, задерживаются, и все результаты суммируются. Суммирование независимых реакций дает случайный сигнал.

Напомним, что сигнал несет информацию (при цифровой передаче это биты 0 и 1) и ему можно придать любую форму. В этом случае ШПС должны обладать следующими свойствами.

- Возможностью символьной синхронизации при приеме.

- Возможностью различения при приеме.

- Автокорреляционная функция должна иметь один максимум значительной амплитуды и быть узкой.

- функция взаимной корреляции для всего набора сигналов должна быть незначительной.

В первых системах связи в качестве таких сигналов использовались реализации шума достаточно большой длительности, Тс>>Δτ. Но тут возникли сложности: трудно было реализовать корреляционный приемник, в котором требовалась копия шумового сигнала, были сложности и с синхронизацией.

В современных системах ШПС создают с помощью псевдослучайных последовательностей. Сигнал длительностью Тс разбивается на N элементов, длительность каждого Тэ=Тс/N. Спектр такого элемента Δfэ=1/Тэ, а база сигнала равна числу элементов, B=Тс Δfэ=N>>1, рис. 2.

Это цифровой метод создания сигнала. Сочетание таких посылок называется кодом сигнала, только здесь понятие кода отлично оттого, что имело смысл в системах обнаружения и исправления ошибок.

В дальнейшем по этому коду в

системе формируется модулированный сигнал (АМ, ЧМ, чаще ФМ) с полосой значительно шире, чем при классических видах модуляции.

На рис. 3 показаны спектральные характеристики различных сигналов.

Широкополосные сигналы обладают следующими достоинствами.

1) Очень высокой помехозащищенность.отношение сигнал/помеха может быть много меньше единицы.

2) ШПС совместимы по спектру с узкополосными сигналами.в полосе ШПС может работать узкополосная система без особого ухудшения качества.

3) Скрытность связи. Не зная законов построения такого сигнала, его трудно принять, так как он воспринимается как обычная помеха.

4) В общей полосе могут работать много систем.это дает возможность создавать многоканальные системы.

5) Невосприимчивость к многолучевости в радиоканалах.

6) Позволяют реализовать многоканальную систему (множественный доступ с кодовым разделением, CDMA).

Недостатки:

1. сложность создания больших систем с минимальными взаимо-корреляционными функциями;

2. сложные устройства обработки, в частности, согласованные с ШПС фильтры.

Демодулятор шумоподобного сигнала должен содержать согласованный фильтр (СФЭ) для одного элемента сигнала (чипа), линию задержки с отводами, инвертор (если ФМ фазовращатель) и сумматор, на выходе которого представлены все элементы сигнала. Все это представлено на рис.6 для сигнала -1+1-1+1+1+1-1. Идея здесь очень простая: нужно отдельно сложить все отрицательные элементы и все положительные элементы, далее с помощью инвертора привести их к одному знаку и еще раз сложить. В результате получим пик сигнала и форма его будет отражать автокорреляционную функцию. Для этого необходимо знать его структуру.