Uskopojasni i širokopojasni signali. Širokopojasni signali

11.05.2019 U kontaktu sa

Da bismo razjasnili daljnju prezentaciju, ovdje ćemo napraviti tehničku digresiju o karakteristikama različitih frekvencijskih opsega i principima izgradnje radio mreža povezanih s njima.

Moderne radio komunikacije rade na frekvencijama od stotina megaherca, hiljada megaherca (tj. gigaherca) pa čak i desetina gigaherca. Radio spektar je podijeljen u sekcije posvećene širokom spektru primjena; radio komunikacija je samo jedna od njih. Raspodjelu spektra na međunarodnom nivou reguliše relevantni međunarodni komitet, u koji je uključena i Rusija. U Rusiji ga reguliše međuresorni Državni komitet za radio-frekvencije (SCRF). Na ovo ćemo se vratiti kasnije.

Svaki dio radio spektra je isječen kanala ista "širina" (na primjer, 25 kiloherca za mobilnu telefoniju). Maksimalna brzina prijenosa podataka u datom kanalu ovisi samo o širini kanala, a ne o dijelu spektra u kojem se nalazi. Jasno je da će u opseg frekvencija, recimo, od 8 gigaherca do 9 gigaherca, stati 10 puta više kanala određene širine nego u rasponu od 800 megaherca do 900 megaherca. Dakle, što su frekvencije veće, to je veći ukupan „kapacitet“ opsega u smislu mogućnosti istovremenih prenosa: ako zamislite opseg od 800 MHz kao kabl od hiljadu jezgri, onda će opseg od 8 GHz već biti Kabl sa 10 hiljada jezgara.

Linija vidljivosti i princip mobilne mreže

Moglo bi se pretpostaviti da kolosalan kapacitet ultravisokofrekventnog (UHF) dijela radio spektra može riješiti sve probleme radio komunikacije. To je gotovo slučaj, ali postoji jedna čisto fizička karakteristika radio talasa: što je veća frekvencija talasa (tj. kraća je njegova dužina), manje prepreke je u stanju da se savije oko sebe. Stoga, recimo, mobilne mobilne komunikacije mogu raditi na frekvencijama koje nisu veće od 2 gigaherca: na višim frekvencijama komunikacija je već strogo ograničena vidnom linijom (skoro kao za svjetlosni snop), pa će komunikacija s mobilnim telefonom biti prekinuta poput svjetlosti od baterijske lampe kada hodate ispred palisade.

Na frekvencijama ispod 2 GHz, zahtjevi za linijom vidljivosti nisu tako strogi: radio talas se može savijati čak i oko zgrada - ali ne i debljine zemlje, tj. ne može ići dalje od horizonta. Ograničeni domet predajnika horizontom vidljivom sa visine njegove antene omogućava organizaciju celularnu mrežu , tj. mreža u kojoj se isti frekvencijski kanali mogu koristiti više puta u nesusednim područjima ("ćelije ćelije").

Napomena 1: Kada ljudi govore o "mobilnom telefonu" ili "mobilnoj mreži", obično misle mobilna mobilna telefonska mreža ... Takve mreže se obično postavljaju u skladu sa priznatim međunarodnim standardima; pokrivaju dio opsega oko 450 MHz, 800 MHz i 900 MHz, a najnoviji standard predlaže frekvencije oko 1800 MHz (tj. 1,8 GHz). Mobilna mobilna telefonija je zasebna, posebno regulirana vrsta telekomunikacijske djelatnosti i ovdje se više nećemo doticati. Sam celularni princip izgradnje mreže nije direktno povezan sa mobilnošću. je jednostavno način korištenja istih frekvencija iznova i iznova, čak i unutar ograničenog područja.

Napomena 2: Slika će biti nepotpuna bez spominjanja satelitske komunikacije ... Ovdje ostaju valjani svi argumenti o kapacitetu različitih frekvencijskih opsega, samo koncept "horizonta" gotovo nestaje, jer je čak i satelit koji visi iznad ekvatora na odgovarajućoj geografskoj dužini (ne na suprotnoj hemisferi) vidljiv iz polarnih područja. Jasno je da čak i usko usmjerena antena na satelitu daje "tačku" na površini zemlje veličine stotine ili hiljade kilometara. Stoga, u poređenju sa zemaljskim radio mrežama, sateliti koriste zrak vrlo neekonomično, ne mogu ponovo koristiti iste frekvencije, kao što se radi u ćelijskim mrežama. Satelitska komunikacija je također posebna tema za razmatranje i nećemo se time ovdje baviti. Samo to trebate imati na umu veoma značajan dio frekvencijskog spektra zauzimaju postojeće satelitske komunikacije ili je rezervisan za budućnost.

Usmjerenost antene

U radioprenosnim mrežama se koriste kao usko fokusiran antene i antene sa širim sektorom pokrivenosti, do omnidirectional (kružni). Za vrstu veze tačka na tačku koriste se dvije šiljate (uske) antene; ovako npr. mikrotalasne dalekovode , u kojoj udaljenost između susjednih relejnih tornjeva može biti desetine kilometara. Antena uskog snopa fokusira radio snop, povećavajući njegovu gustinu energije; dakle, predajnik date snage "puca" na većoj udaljenosti.

Druga vrsta komunikacije će se ostvariti korištenjem samo omnidirekcionih antena. U ovom slučaju će se postići povezanost svako sa svakim ... Ova topologija se obično nalazi u malim uredskim mrežama raspoređenim u ograničenom području.

Konačno, ako stavite u centar "ćelije" bazna stanica sa omnidirekcionom antenom i opremiti sve pretplatnike koje ona opslužuje sa usmerenim antenama usmerenim na nju, tada dobijamo topologiju tačka na mnogo tačaka ... Ako i bazne stanice međusobno povežemo u određenoj hijerarhiji (bilo putem radio relejnih linija ili jednostavno tačka-tačka radio veza, ili kablovskim kanalima), onda ćemo dobiti čitavu celularnu mrežu. U ovom slučaju, to će biti fiksna ćelijska mreža, budući da mobilni pretplatnik ne može imati usmjerenu antenu.

komentar: Mobilna mobilna mreža izgrađena je na istom principu, ali uz upotrebu neusmjerenih antena i za mobilne pretplatnike, koji se međusobno ne ometaju, jer uvijek govore na različitim kanalima (ili naizmjenično na istom kanalu), i zato što je signal s mobilnog uređaja mnogo slabiji od signala sa bazne stanice i može ga ispravno primiti samo bazna stanica, ali ne i drugi mobilni uređaj.

Tehnologija širokopojasnog signala (BSS)

Za slanje radio signala velike snage u mikrotalasnom opsegu potrebni su skupi predajnik sa pojačalom i skupa antena velikog prečnika. Za primanje signala male snage bez smetnji potrebna je i skupa velika antena i skupi prijemnik sa pojačalom.

To je slučaj kada se koristi konvencionalni "uskopojasni" radio signal, kada se prijenos odvija na jednoj specifičnoj frekvenciji, odnosno u uskom pojasu radio spektra koji okružuje ovu frekvenciju (frekvencijski kanal). Slika je dodatno komplikovana različitim međusobnim smetnjama između uskopojasnih signala velike snage koji se prenose blizu jedan drugom ili na bliskim frekvencijama. Konkretno, uskopojasni signal može jednostavno biti ometen (slučajno ili namjerno) predajnikom dovoljne snage podešenim na istu frekvenciju.

Upravo je ta ranjivost na smetnje sa konvencionalnim radio signalima dovela do razvoja, prvo za vojne primjene, potpuno drugačijeg principa radio prijenosa, nazvanog tehnologija širokopojasni signal, ili signal sličan šumu(obe varijante izraza odgovaraju skraćenici SHPS ). Nakon mnogo godina uspješne odbrambene upotrebe, ova tehnologija je našla i civilnu upotrebu, te će se u tom svojstvu o njoj ovdje govoriti.

Utvrđeno je da se ova tehnologija pored svojih karakterističnih svojstava (svojstvena otpornost na buku i nizak nivo generiranih smetnji) pokazala kao relativno jeftino za masovnu proizvodnju... Ekonomija proizlazi iz činjenice da je sva složenost širokopojasne tehnologije programirana u nekoliko mikroelektronskih komponenti („čipova“), a cijena mikroelektronike u masovnoj proizvodnji je vrlo niska. Što se tiče ostalih komponenti širokopojasnih uređaja - mikrovalne elektronike, antene - one su jeftinije i jednostavnije nego u uobičajenom "uskopojasnom" slučaju, zbog izuzetno male snage korištenih radio signala.

Ideja NLS-a je da se za prenos informacija koristi mnogo širi propusni opseg nego što je potrebno za normalan (u uskom frekventnom kanalu) prenos. Razvijene su dvije fundamentalno različite metode korištenja tako širokog frekventnog pojasa - metoda širenja spektra direktne sekvence (DSSS) i metoda širenja spektra s skakanjem frekvencije (FHSS). Obje ove metode su uključene u standard 802.11 (Radio-Ethernet).

Metoda direktne sekvence (DSSS)

Ne ulazeći u tehničke detalje, metoda direktne sekvence (DSSS) može se zamisliti na sljedeći način. Cijeli korišteni "široki" frekvencijski opseg podijeljen je na određeni broj podkanala - prema standardu 802.11, ovih kanala je 11, a to ćemo razmotriti u nastavku. Svaki preneseni bit informacije pretvara se, prema unaprijed određenom algoritmu, u niz od 11 bitova, a ovih 11 bitova se prenose istovremeno i paralelno, koristeći svih 11 podkanala. Po prijemu, primljeni niz bitova se dekodira koristeći isti algoritam kao i kod kodiranja. Drugi par prijemnik-predajnik može koristiti drugačiji algoritam kodiranja-dekodiranja, i može postojati mnogo takvih različitih algoritama.

Prvi očigledan rezultat korišćenja ove metode je zaštita prenošenih informacija od prisluškivanja („strani“ DSSS prijemnik koristi drugačiji algoritam i neće moći da dekodira informacije sa drugog predajnika osim svog). Ali još jedno svojstvo opisane metode pokazalo se važnijim. Leži u činjenici da zahvaljujući 11-strukom viškovi transfer se može odbaciti signal vrlo male snage (u poređenju sa nivoom snage signala kada se koristi konvencionalna uskopojasna tehnologija), bez povećanja veličine antena .

Istovremeno, odnos nivoa emitovanog signala i nivoa je znatno smanjen. buka, (tj. slučajne ili namjerne smetnje), tako da se signal koji se prenosi već, takoreći, ne razlikuje u opštoj buci. Ali zahvaljujući 11-strukoj redundanciji, prijemni uređaj će ga i dalje moći prepoznati. Kao da nam je ista riječ napisana 11 puta, a neke kopije bi bile ispisane nečitkim rukopisom, druge su napola izbrisane ili na izgorjelom papiru - ali ipak ćemo u većini slučajeva moći utvrditi šta je ova riječ upoređivanjem svih 11 primjeraka...

Još jedno izuzetno korisno svojstvo DSSS uređaja je ono zbog vrlo niskog nivoa snage njegov signala, oni praktično ne ometaju konvencionalne radio uređaje (uskopojasne velike snage), budući da ovi drugi uzimaju širokopojasni signal za šum unutar prihvatljivog opsega. S druge strane, konvencionalni uređaji ne ometaju širokopojasne, jer njihovi signali velike snage "šume" svaki samo u svom uskom kanalu i ne mogu u potpunosti prigušiti širokopojasni signal. Kao tankom olovkom, ali veliko napisano slovo bi bilo zasenčeno podebljanim flomasterom - ako potezi nisu u nizu, moći ćemo da pročitamo slovo.

Kao rezultat toga, možemo reći da korištenje širokopojasnih tehnologija omogućava korištenje istog dijela radio spektra dvaput- konvencionalni uskopojasni uređaji i "povrh njih" - širokopojasni uređaji.

Sumirajući, možemo istaći sljedeća svojstva NLS tehnologije, barem za metodu direktne sekvence:

- Imunitet na smetnje.

- Nema smetnji sa drugim uređajima.

- Povjerljivost prenosa.

- Isplativo u masovnoj proizvodnji.

- Mogućnost ponovljene upotrebe istog dijela spektra.

Metoda skakanja frekvencije (FHSS)

Kod frekventnog kodiranja sa preskakanjem frekvencije (FHSS), cjelokupni propusni opseg dodijeljen za prijenos je podijeljen na više podkanala (prema standardu 802.11, ovih kanala je 79). Svaki odašiljač koristi samo jedan od ovih podkanala u datom trenutku, redovno skačući s jednog podkanala na drugi. Standard 802.11 ne fiksira frekvenciju takvih skokova - može se postaviti drugačije u svakoj zemlji. Ovi skokovi se javljaju sinhrono na odašiljaču i prijemniku u unaprijed određenom pseudo-slučajnom nizu poznatom obojici; jasno je da je bez poznavanja redosleda prebacivanja nemoguće dobiti i brzinu.

Drugi par predajnik-prijemnik će također koristiti drugačiju sekvencu skakanja frekvencije postavljenu nezavisno od prvog. Takvih sekvenci može biti mnogo u jednom frekventnom opsegu i na jednom području vidnog polja (u jednoj "ćeliji"). Jasno je da se s povećanjem broja istovremenih prijenosa povećava i vjerovatnoća sudara, kada su, na primjer, dva predajnika istovremeno skočila na frekvenciju 45, svaki u skladu sa svojim redoslijedom, i zaglušila jedan drugog.

Metoda skakanja frekvencije, poput metode direktne sekvence opisane gore, pruža povjerljivost i određeni imunitet prijenosa na smetnje. Otpornost na smetnje osigurana je činjenicom da ako se poslani paket nije mogao primiti ni na jednom od 79 podkanala, prijemnik to javlja, a prijenos ovog paketa se ponavlja na jednom od sljedećih (u nizu skokova) podkanala.

Što je uporedivo sa središnjom frekvencijom. Ponekad se koristi faktor 1/10, tj. ako je širina spektra oko 1/10 frekvencije na kojoj se signal prenosi, tada se signal smatra širokopojasnim. Sa užim spektrom, signal će biti uskopojasni, sa širim spektrom će biti ultra-širokopojasni.

Diskretni frekvencijski signali, DS
Phase-shift keying signali, PM
Frekvencijski modulirani signali, FMS
Spektar širenja direktne sekvence (DSSS)

Wikimedia fondacija. 2010.

Pogledajte šta je "širokopojasni signal" u drugim rječnicima:

GOST R ISO 12124-2009: Akustika. Metode mjerenja akustičkih karakteristika slušnih pomagala na ljudskom uhu- Terminologija GOST R ISO 12124 2009: Akustika. Metode za mjerenje akustičkih karakteristika slušnih pomagala na ljudskom uhu originalni dokument: 3.18 azimutski ugao upada zvuka: Ugao između ravni simetrije ... ...

Višestruki efekat je efekat koji se opaža kada se signali šire. Nastaje pod uslovom postojanja na mestu prijema radio signala ne samo direktnog, već i jednog ili čitavog niza reflektovanih zraka. Jednostavno rečeno, do antene ... ... Wikipedia

- (od Radio ... i lat. locatio postavljanje, lokacija) oblast nauke i tehnologije čiji je predmet posmatranje radiotehničkim metodama (radarsko osmatranje) različitih objekata (cilja), njihovo otkrivanje, prepoznavanje, ... ... Velika sovjetska enciklopedija

Signal je promjena fizičke veličine, koja nosi informaciju kodiranu na određeni način, ili sinhronizovanu (prethodno dogovorenu sa primaocem) bez promjene fizičke veličine. Jedan od osnovnih pojmova kibernetike. U ... ... Wikipediji

Frekvencijski spektar 1 2 GHz Spektar talasne dužine od 30 do 15 cm ITU klasifikacija (rus.) ELF ELF NPV VHF LF MF HF VHF ... Wikipedia

HIDROAKUSTIČNA KOMUNIKACIJA- razmjenu informacija kroz vodenu sredinu, kroz koju se hidroakustički signali propagiraju između površinskih plovila, podmornica, ronilaca itd. Prenošene informacije su glasovni signali i kodirane poruke. Hidroakustička komunikacija ... ... Pomorska enciklopedijska referenca

Ne treba se brkati sa stenografijom. "Kriptografski" zahtjev se preusmjerava ovdje; o kriptografiji u staroj Rusiji, pogledajte Staru rusku kriptografiju. Steganografija (od grčkog στεγανός skriven + γράφω pišem; doslovno "kriptografija") je nauka o ... ... Wikipedia

diferencijalno poređenje- 3.27 diferencijalno upoređivanje (diferencijalno poređenje) mjerenje u kojem se nivo test signala oduzima od SPL-a na mjernoj tački Napomena Ako se koriste širokopojasni signali, moraju se izmjeriti nivoi zvuka ... ... Rječnik-priručnik pojmova normativne i tehničke dokumentacije

koeficijent prenosa zvuka otvorenog uha- 3.29 realno pojačanje bez pomoći uha REUG Razlika između nivoa zvučnog pritiska na mernoj tački i nivoa test signala kao funkcija frekvencije test signala sa otvorenim ušnim kanalom ... ... Rječnik-priručnik pojmova normativne i tehničke dokumentacije

koeficijent prenosa zvuka uha pokrivenog uključenim slušnim aparatom- 3.33 realno pojačanje ušima REAG razlika između nivoa zvučnog pritiska na mernoj tački i nivoa test signala kao funkcije frekvencije test signala ... ... Rječnik-priručnik pojmova normativne i tehničke dokumentacije

Uvod

Širokopojasni komunikacioni sistemi. Njihova svrha i karakteristike

Osnove korištenja signala sličnih šumu u komunikacijskim sistemima

Sistemi sa pseudo-slučajnim signalima

Sekvence maksimalne dužine

Blok dijagrami generatora linearnih kodnih sekvenci

Brzina simbola i dužina koda

7. Generisanje kodova velikom brzinom

Uvod

Metode širokopojasnog prenosa prvi put su korištene na kraju Drugog svjetskog rata u vojnim radio-tehničkim sistemima kako bi se osiguralo proširenje velikog dometa i borili protiv namjernog neprijateljskog smetnji. Trenutno su ove metode poboljšane, a mnogi nedostaci su otklonjeni. Sistemi sa NLS (noise-like signals) postaju sve rasprostranjeniji zbog svojih kvaliteta, kao što su: otpornost na buku pod dejstvom snažnih smetnji i kodno adresiranje velikog broja pretplatnika i njihovo odvajanje koda pri radu u zajedničkom frekventnom opsegu na isto vrijeme.

1.Širokopojasni komunikacioni sistemi. Njihova svrha i karakteristike

Širokopojasni sistem - sistem čiji signal koji se prenosi zauzima veoma širok propusni opseg, značajno premašujući minimalnu širinu opsega koja je stvarno potrebna za prenos informacija. Zapravo, jedan simbol je predstavljen dugačkim kodnim nizom, što omogućava rad sa visokim nivoom šuma, jer čak i ako je dio ove sekvence izobličen bukom, može se vratiti na prijemnoj strani.

Najpoznatiji primjer širokopojasne modulacije je konvencionalna frekvencijska modulacija s indeksom modulacije većim od jedan. Širina pojasa koju zauzima FM signal je funkcija ne samo širine pojasa informacijskog signala, već i "dubine" modulacije. U svim širokopojasnim sistemima, povećanje u odnosu snage signal-šum se postiže tokom modulacije i demodulacije. Kod FM signala, SNR na izlazu demodulatora je:

Gdje - maksimalna vrijednost indeksa frekvencijske modulacije;

SNR u osnovnom opsegu ili u opsegu informacijskog signala, gdje je S snaga signala; N je snaga buke.

Širokopojasni FM se može smatrati metodom širokopojasnog prijenosa, budući da primljeni visokofrekventni spektar (radio-frekvencijski spektar) ima širinu koja je mnogo veća od širine frekvencijskog spektra koji zauzima informacijski signal.

Od svih mogućih tipova širokopojasne modulacije, mogu se razlikovati sljedeća tri glavna tipa:

.Modulacija nosioca sa sekvencom digitalnog koda sa stopom ponavljanja simbola mnogo puta većom od širine pojasa informacijskog signala. Takvi sistemi se nazivaju jednofrekventnim pseudo-slučajnim signalnim sistemima.

.Modulacija promjenom (pomjeranjem) noseće frekvencije u diskretnim vremenima za određeni iznos, čija je vrijednost određena kodnom sekvencom. Ove promjene frekvencije se nazivaju "skakanje frekvencije". U ovom slučaju se u predajniku dešavaju trenutni prijelazi s jedne frekvencije na drugu, od kojih se svaki bira iz nekog unaprijed određenog skupa, a redoslijed korištenja frekvencija određen je kodnom sekvencom.

.Linearni FM impulsi, kao rezultat kojih se frekvencija nosioca mijenja u širokom frekventnom opsegu u vremenu jednakom trajanju impulsa.

Metodu širokopojasnog prenosa otkrio je K.E.Shannon, koji je prvi uveo u razmatranje koncept kapaciteta kanala:

gdje je C propusnost, bit/s; W je propusni opseg, Hz; S je jačina signala; N je snaga buke.

Ova jednačina uspostavlja odnos između mogućnosti prenosa informacija bez grešaka na kanalu sa datim SNR-om i propusnog opsega koji je dodijeljen za prijenos informacija.

Za bilo koji dati SNR, niska stopa greške u prijenosu se postiže povećanjem propusnog opsega dodijeljenog za prijenos informacija.

Treba napomenuti da se sama informacija može ubaciti u širokopojasni signal na nekoliko načina. Najpoznatija metoda se sastoji u superponiranju informacija na širokopojasnu modulirajuću (slika 1).

Slika 1 Blok dijagram sistema sa pseudo-slučajnim jednofrekventnim signalima i talasnim oblicima u različitim tačkama.

Kodni niz prije modulacije nosioca da bi se dobio širokopojasni signal. Ova metoda je pogodna za bilo koji širokopojasni sistem koji koristi kodnu sekvencu za širenje spektra visokofrekventnog signala (jednofrekventni i višefrekventni pseudo-slučajni signalni sistemi). Očigledno, prenesena informacija u ovom slučaju mora biti predstavljena u nekom digitalnom obliku, budući da se nametanje informacije na sekvencu binarnog koda obično izvodi kao dodatak po modulu 2. U drugoj izvedbi, informacija se ne može koristiti za direktnu modulaciju " nosilac" prije širenja spektra... U ovom slučaju se obično koristi jedan od tipova kutne modulacije, jer je u širokopojasnim sistemima općenito poželjno da omotač izlaznog visokofrekventnog signala bude konstantan.

Treba napomenuti neka svojstva širokopojasnih sistema:

Sposobnost selektivnog adresiranja; mogućnost multipleksiranja na bazi kodne podjele za sisteme višestrukog pristupa; obezbjeđivanje tajnog prijenosa korištenjem signala niske spektralne gustine snage; poteškoće u dekodiranju poruka tokom slušanja; visoka rezolucija u opsegu mjerenja; otpornost na buku.

Međutim, nemoguće je da sistem istovremeno posjeduje sva gore navedena svojstva. Na primjer, teško je očekivati da se signal sa dobrom skrivenošću može istovremeno primiti u pozadini intenzivnih smetnji. Međutim, sistem bi mogao zadovoljiti oba ova zahtjeva korištenjem načina prijenosa niže snage kada je potrebna skrivenost i načina prijenosa veće snage za suzbijanje smetnji.

.Osnove korištenja signala sličnih šumu u komunikacijskim sistemima

Signali slični šumu (NLS) su oni signali za koje je proizvod širine spektra F na trajanje T mnogo veći od jedinice. Ovaj proizvod se naziva baza signala i označava se B, tj.:

ShPS ima B >> 1. Signali slični šumu se ponekad nazivaju složenim za razliku od jednostavnih B = 1 signala.

U komunikacionim sistemima sa NLS, širina NLS spektra F je uvek mnogo veća od širine spektra prenete poruke. U digitalnim komunikacijskim sistemima koji prenose informacije u obliku binarnih simbola, trajanje NLS-a i brzina prijenosa informacija R povezani su omjerom T = 1 / R Stoga, NLS baza:

Karakterizira ga širenje NLS spektra u odnosu na spektar poruka. U analognim komunikacijskim sistemima, u kojima je gornja frekvencija poruke W, a frekvencija uzorkovanja 2W,

A ako je B >> 1, onda F >> R i F >> 2W

Iz razmatranja glavnih svojstava NLS-a, proizilazi da upotreba NLS-a u komunikacionim sistemima omogućava pružanje visoke otpornosti na buku protiv moćnih smetnji, tajnosti, ciljanja, operativnosti u zajedničkom frekventnom opsegu, borbe protiv višestrukih puteva, visoke preciznosti i rezolucije mjerenja. , dobar EMC sa mnogim radiotehničkim sistemima.

3.Sistemi sa pseudo-slučajnim signalima

Pseudo-slučajni signalni sistemi su najpoznatiji i najrašireniji među širokopojasnim sistemima. Tako se metoda za određivanje dometa, razvijena u laboratoriji mlaznog pogona, uspješno koristi u sistemu RANGER i drugim svemirskim programima, zasnovana na korištenju pseudoslučajnih sekvenci.

U digitalnim ili personalnim radio komunikacijskim sistemima koji koriste CDMA (višestruki pristup zasnovan na razdvajanju kanala sa proširenim spektrom) i proširenim spektrom, sljedeći glavni zadaci rješavaju se korištenjem pseudo-slučajnih sekvenci:

.Širenje spektra moduliranog signala kako bi se povećao propusni opseg prijenosa.

.Razdvajanje signala od različitih korisnika koristeći isti frekvencijski opseg za prijenos u višestrukom pristupnom načinu.

Prijašnji radio komunikacioni sistemi koriste binarne digitalne PRS kao signale za širenje. Funkcije auto- i unakrsne korelacije ovih sekvenci pri diskretnim pomacima koji su višestruki od trajanja simbola u oblasti od interesa izračunavaju se prebrojavanjem broja podudaranja i nepodudaranja u poređenju karakter po znak (po bitovima).

Za proširenje spektra i ravnomjerno opterećenje širine propusnog opsega, spektralna gustina jedne sekvence mora biti ujednačena, kao kod ABGN-a.

Drugi i najteži zadatak sa PRP-om u višekorisničkom CDMA sistemu je razdvajanje signala od različitih korisnika koristeći isti opseg prenosa. PSP signal služi kao "ključ" za svakog korisnika i omogućava prijemniku da odabere signal koji mu je namijenjen. Stoga, kompletan ansambl PRP-a treba odabrati tako da unakrsna korelacija između bilo kojeg para sekvenci bude dovoljno mala. Ovo vam omogućava da smanjite nivo smetnji na susednim kanalima. U teoriji, ansambli ortogonalnih signala širenja (na primjer, bazne funkcije Fourierovog reda i Walshove funkcije) imaju vrijednost unakrsne korelacije nula.

Međutim, u stvarnim radio komunikacionim sistemima potrebno je osigurati jednostavnost koherentnog formiranja propusnog opsega na predajnoj i prijemnoj strani. Među najpoznatijim i dobro proučenim PRP-ovima su sekvence maksimalne dužine (M-sekvence). Vrlo su atraktivni za jednokorisničke sisteme proširenog spektra i naširoko se koriste u vojnim primjenama. Sa stanovišta zahteva za interkorelacionim svojstvima predstavljenih u CDMA ćelijskim ili ličnim komunikacionim sistemima, interesantnije su sekvence Gold, Kasami i Walsh. U nekim slučajevima se kombinuju sa M-sekvencijama.

Svojstva pseudoslučajnih nizova

Postoje tri osnovna svojstva bilo koje periodične sekvence koja se može koristiti kao nasumična provjera.

.Balans. Za svaki interval niza, broj binarnih jedinica mora se razlikovati od broja binarnih nula za najviše jedan element.

.Cikličnost. Ciklus je kontinuirani niz identičnih binarnih brojeva. Pojava druge binarne cifre automatski započinje novi ciklus. Dužina ciklusa jednaka je broju cifara u njemu. Poželjno je da u svakom fragmentu sekvence oko polovina oba tipa ciklusa dužine 1, oko jedne četvrtine dužine 2, oko jedne osmine dužine 3, itd.

.Korelacija. Ako se dio niza i njegova ciklički pomaknuta kopija porede po elementima, poželjno je da se broj podudaranja od broja nepodudarnosti razlikuje za najviše jedan.

Karakteristike pseudoslučajnih signala

Signali koji se koriste u širokopojasnim sistemima mogu se dobiti na različite načine. U sistemu sa jednofrekventnim pseudoslučajnim pseudoslučajnim signalom, modulacija "nosača" se izvodi kodnom sekvencom, u ovom slučaju se koristi fazni pomak "nosača", a frekvencija ključanja je određena pomoću frekvencija simbola kodnog niza, tj. jedna fazna vrijednost se koristi za prijenos "jednog" nosioca simbola kodne sekvence", a za prijenos "nultog" karaktera je drugačija. Koriste se i složeniji tipovi faznog pomaka (na primjer, četverofazni ključ), međutim, za svaki od njih postoji korespondencija jedan na jedan između faze prijenosa nosioca i referentnog kodnog niza ili kodnih sekvenci. Treba napomenuti da se najčešće koristi balansirana modulacija. Postoji nekoliko razloga za ovo drugo.

Prvo, odsustvo "nosača" otežava otkrivanje signala i zahtijeva vrlo sofisticirane metode obrade. Očigledno, u ovom slučaju nema smisla koristiti konvencionalni prijemnik za alociranje "nosača", budući da je nivo potonjeg znatno niži od nivoa "šuma" generiranog modulacijom koda.

Drugo, prednost metode prenosa potisnutog "nosača" je to što je više snage dostupno za prijenos korisnih informacija, budući da se sva snaga predajnika koristi samo za prijenos pseudo-slučajnog signala.

Treće, omotač signala ima konstantan nivo, tako da je efikasnost korišćenja prenošene snage u dodeljenom opsegu maksimizirana. AIM se također može koristiti za prijenos, u kojem je "nosač" moduliran kodnom sekvencom. Omogućava vam da dobijete spektar snage blizu , međutim, efektivna snaga na prijemnoj strani je već niža. Stoga će biti potrebna veća vršna snaga da bi se obezbijedio isti opseg za sistem.

Četvrto, dvofazni modulator je prilično jednostavan uređaj. Za njegovo stvaranje potrebna su samo dva transformatora i nekoliko dioda. Složeniji FSK zahtijevaju barem takav oscilator čija se frekvencija mijenja na komandu. Omogućavanje tako fleksibilnog prijelaza s jedne frekvencije na drugu je teško održati. Stabilnost generirane frekvencije.

4. Sekvence maksimalne dužine

Po definiciji, kodovi maksimalne dužine su kodovi koji se mogu dobiti pomoću registra pomaka ili jedinice kašnjenja date dužine. Dužina binarne sekvence maksimalne dužine koja se može dobiti korišćenjem generatora izgrađenog na osnovu registra pomeranja je , gdje je n broj bitova registra pomaka. Generator sekvence se sastoji od registra pomaka i odgovarajućeg logičkog kola iz čijeg se izlaza, kroz povratnu petlju, informacija o logičkoj kombinaciji stanja dva ili više njegovih bitova dovodi na ulaz pomaknog registra. Signal na izlazu generatora sekvence i stanje njegovih n-bitova u bilo kojem fiksnom intervalu takta je funkcija stanja njegovih bitova uključenih u povratnu petlju u prethodnim intervalima takta.

Sve kodne sekvence maksimalne dužine imaju sljedeća svojstva:

.U nizu je jedna jedinica više od nula.

.Za distribuciju sekvenci, lako je izračunati distribuciju dužina pokretanja od "nula" i "jedinica", koje su iste za isti kod. Relativna lokacija ovih serija varira od sekvence do sekvence, ali broj serija iste dužine ostaje nepromijenjen.

.Funkcija autokorelacije maksimalne dužine koda je takva da je za sve vrijednosti kašnjenja jednaka -1, osim za područje 0 ± 1, gdje vrijednosti autokorelacijske funkcije variraju od -1 do (dužine niza)

.Modulo 2 dodavanje bilo koje sekvence maksimalne dužine sa sekvencom dobijenom bilo kojim cikličkim pomakom iste sekvence za određeni broj pozicija rezultira novom sekvencom, koja predstavlja ciklički pomak iste sekvence za drugačiji broj pozicija.

.Svako moguće stanje, ili n-bitna kombinacija datog n-bitnog generatora, tokom formiranja punog perioda koda javlja se u nekom trenutku samo 1 put. Svako stanje postoji samo za jedan interval takta. Izuzetak je kombinacija svih nula, u normalnom radu se to ne događa, niti bi trebalo da se dogodi.

5. Gouldove sekvence

U poređenju sa konvencionalnim M-sekvencijama, Gouldove sekvence su privlačnije za višekorisničke CDMA sisteme. Ovi sistemi zahtevaju mnogo veći broj sekvenci sa dobrim i međukorelacionim svojstvima između njih. Metodu za konstruisanje takvih sekvenci opisao je Gould.

Ova metoda se sastoji u mod 2 dodavanja dvije različite M-sekvencije koje se taktiraju jednim generatorom takta (slika 2.)

Slika 2 Primjer formiranja Gould kodnog niza pomoću generatora i.

Najvažnija tačka u formiranju Gold sekvence sa "dobrim" svojstvima korelacije je da se mogu koristiti samo posebni parovi M-sekvencija, nazvani preferirani.

Pošto obje M-sekvence imaju istu dužinu L i taktiraju ih jedan generator, generirana Gold sekvenca ima dužinu L, ali nije sekvenca maksimalne dužine. Neka je n broj bitova registra pomaka u generatoru M sekvence, zatim dužina Gouldovih sekvenci ... Odabirom odgovarajućeg para M-sekvenca može se dobiti ansambl Gouldovih sekvenci sa "dobrim" svojstvima korelacije.

Gould generatori kodova

Vrijednost Gould generatora kodnih sekvenci leži u činjenici da vam omogućavaju da dobijete veliki broj kodnih sekvenci. I zahtijeva samo dvije kombinacije slavina za povratnu petlju. Glavna prednost ovih kodnih sekvenci je da je za njihovo formiranje potreban mali broj slavina u povratnoj petlji. Stoga, jednostavni generatori sekvenci registra pomaka sa jednim dodirom (HRC) mogu se koristiti uz zadržavanje sposobnosti generiranja velikog broja kodnih sekvenci. Jednostavan HRM s jednim dodirom u povratnoj petlji najbrži je od svih mogućih generatora kodnih sekvenci, odnosno postoji potencijalna mogućnost generiranja Gould kodnih sekvenci sa stopom ponavljanja binarnog simbola koja odgovara maksimalnoj frekvenciji najjednostavnijeg HRM-a.

Formiranje Gouldovih kodnih sekvenci zasniva se na operaciji sabiranja po modulu 2 para linearnih sekvenci maksimalne dužine (slika 3)

Slika 3. Struktura generatora Gouldove sekvence koda

Dodavanje kodnih sekvenci formiranih pomoću jednog generatora takta vrši se karakter po karakter. Isti fazni odnosi se održavaju između dva generatora sekvenci, a generirane kodne sekvence imaju istu dužinu kao dvije originalne kodne sekvence na koje se primjenjuje operacija sabiranja, ali rezultirajuće kodne sekvence više nisu maksimalne.

Osim što Gouldova shema dozvoljava formiranje velikog broja kodnih sekvenci, ona ima još jednu prednost. Gouldovi kodovi se mogu odabrati tako da unakrsna korelaciona funkcija za sve sekvence koda primljene od datog generatora bude ista, a veličina njegovih bočnih vrhova je ograničena. Stoga je svrsishodno koristiti Gouldove kodne sekvence gdje je potreban veliki broj signala za kreiranje sistema multipleksiranja s kodnom podjelom. Za maksimalne sekvence iste dužine, ne može se unaprijed garantovati da bočni vrhovi CCF-a neće premašiti unaprijed određenu vrijednost.

6.Brzina simbola i dužina koda

Izbor stope ponavljanja simbola kodnog niza utiče na niz parametara širokopojasnih sistema. To je najočitije u sistemu sa jednofrekventnim pseudo-slučajnim signalima, kod kojih je frekventni opseg koji se prenosi direktno određen frekvencijom simbola kodnog niza, tj. širina glavnog režnja frekvencijskog spektra radio signala jednaka je udvojenoj brzini simbola kodnog niza. Brzina ponavljanja kodnog niza zavisi i od brzine ponavljanja simbola kodnog niza (frekvencije takta), tj. stopa ponavljanja kodnog niza je = .

Brzina ponavljanja kodnog niza određuje rastojanje između najbližih susjednih spektralnih linija u frekvencijskom spektru izlaznog radio signala i jedna je od veličina kojoj se pridaje dužna pažnja tokom procesa projektovanja sistema.

Prilikom odabira stope ponavljanja kodnog niza potrebno je da period kodnog niza prelazi maksimalno vrijeme rada sistema.

Tabela 1 prikazuje različite podatke o kodnim sekvencama maksimalne dužine sa stopom ponavljanja simbola jednakom dva. char / s .

Tabela 1 Periodi kodnih sekvenci za M

sekvence različitih dužina sa stopom ponavljanja dv. char / s .

Drugi faktor koji se mora uzeti u obzir pri odabiru brzine ponavljanja simbola kodnog niza i njegove dužine je odnos između stope ponavljanja kodnog niza i širine informacija, kao i svrha sistema rangiranja.

Preporučljivo je podesiti stopu ponavljanja kodnog niza u sistemu sa jednofrekventnim pseudo-slučajnim signalom odabirom dužine kodnog niza tako da ova frekvencija ne spada u frekvencijski opseg informacija. U suprotnom će dodatni šum proći na ulaze niskofrekventnih demodulatora, posebno kada su izloženi umjetnoj buci.

U slučaju kada je najvažniji raspon, tada odgovarajući izbor frekvencije simbola kodnog niza može poboljšati tačnost mjerenja, a ponekad čak i povećati rezoluciju. Ako je stopa ponavljanja binarnih simbola odabrana tako da postoji cijeli broj binarnih simbola za svaku milju kašnjenja (vrijeme širenja), tada je za mjerenje raspona dovoljno izračunati iznos kodnog pomaka bez primjene dodatne korekcije .

7.Generisanje koda velike brzine

U praksi je poželjno generirati sekvence binarnog koda s velikom brzinom simbola. Visoke stope ponavljanja simbola kodnog niza omogućavaju formiranje signala sa širokim spektrom frekvencija. Ovo je posebno važno kada je potrebno proširiti spektar signala brzih informacija (sa širokom frekvencijom osnovnog pojasa) ili kada je potrebno osigurati dobru otpornost sistema na buku. Brzina prijenosa informacija može doseći nekoliko megabita i, očigledno, željeni rezultat može se postići korištenjem kodnih sekvenci sa brzinom simbola do stotina miliona u sekundi.

Odabir brojeva bitova za povratnu vezu nije lak zadatak, ali postoje tabele za pretraživanje u kojima su oni navedeni. U svakom slučaju, jedna od tačaka povezivanja je izlaz visokog reda. Tabela 2 prikazuje tačke povezivanja povratne sprege za registre pomaka sa različitim brojem bitova N (broj bitova se broji od nule).

Tabela 2 Tačke veze za povratne informacije

N7815162431Izlazi6,57,6,4,214,1315,13,12,1023,22,21,1630,17

Tabela pokazuje da je povoljnije uzeti broj cifara koji nije višekratnik 8, na primjer, 7,15 ili 31. U ovom slučaju se za povratnu informaciju koriste samo dva izlaza, odnosno jedan dvoulazni "isključivo OR" element je dovoljan. Period izlazne sekvence generatora je (2N-1) ciklusa takta, N- broj bitova izlaznog koda (osim jednog) se javlja jednom. Broj jedinica u izlaznom signalu je veći od broja nula za jedan. Maksimalna frekvencija formiranja simbola kodnog niza određena je ne samo brzinom elemenata registra pomaka koji se koriste u generatoru, već i bilo kojim kašnjenjem signala u povratnom kolu. Budući da signal na izlazu povratne petlje sadrži informaciju o stanju nekih bitova registra pomaka za sljedeći trenutak njegovog rada, svi procesi u flip-flopovima koji se koriste kao točke povratnih spojeva i svi sabirnici po modulu 2 moraju u potpunosti završava prije sljedećeg taktnog trenutka, maksimalna frekvencija generira simbole kodnog niza od strane generatora u obliku registra pomaka

Gdje - vrijeme potrebno za pomak bita registra pomaka iz jednog stanja u drugo; vrijeme širenja signala duž povratnog kola; trajanje impulsa takta.

Brzina jednostavnog GDS-a može se povećati odgovarajućim redosledom kola povratne sprege, tj. korišćenjem paralelnog serijskog zbrajanja, kao što je prikazano na slici 4, gde je struktura (a) kola povratne sprege ekvivalentna strukturi (b), ali za druga sekvenca, samo dvije logičke kapije istog nivoa

Sl.4 Poređenje brzine rada dvije strukture GDS-a.

Trenutno ne postoje GDS strukture sa paralelnim serijskim povratnim kolom, stoga je uvijek potreban jedan sabirač po modulu 2 za svaku povratnu vezu. Međutim, modularni GDS ima veliku brzinu odziva sa velikim brojem odvoda.

Zbog niske stabilnosti rada direktnih generatora za formiranje kodnih sekvenci sa velikom stopom ponavljanja simbola, razvijeno je nekoliko metoda za formiranje kompozitnih kodnih sekvenci koristeći GDS manje složene strukture. Takvi generatori koji generiraju kompozitne kodne sekvence koje imaju brojne prednosti pri visokoj brzini simbola uključuju Gould generatore i kaskadne generatore.

Zaključak

kod širokopojasnog signala

Širokopojasni sistemi imaju mnoge prednosti u odnosu na druge sisteme za prenos podataka. Zahvaljujući velikom dobitku u odnosu (oko 30 dB) postala je moguća implementacija satelitskih komunikacionih sistema.

U ovoj oblasti postoji veliki potencijal za implementaciju novih sistema, sa većom brzinom, a samim tim i sa velikim brojem pretplatnika, boljom otpornošću na stealth i buku.

Tutoring

Trebate pomoć u istraživanju teme?

Naši stručnjaci će savjetovati ili pružiti usluge podučavanja o temama koje vas zanimaju.
Pošaljite zahtjev sa naznakom teme odmah da se informišemo o mogućnosti dobijanja konsultacija.

Pošaljite svoj dobar rad u bazu znanja je jednostavno. Koristite obrazac ispod

Studenti, postdiplomci, mladi naučnici koji koriste bazu znanja u svom studiranju i radu biće vam veoma zahvalni.

Objavljeno na http://www.allbest.ru//

Uvod

Komunikacioni sistemi sa ShPS-om zauzimaju posebno mesto među različitim komunikacionim sistemima, što se objašnjava njihovim svojstvima. Prvo, imaju visoku otpornost na buku kada su izloženi snažnim smetnjama. Drugo, obezbjeđuju kodno adresiranje velikog broja pretplatnika i njihovu kodnu podjelu kada rade u zajedničkom frekvencijskom opsegu. Treće, osiguravaju kompatibilnost prijema informacija sa visokom pouzdanošću mjerenja parametara kretanja objekta sa visokom preciznošću i rezolucijom. Sva ova svojstva komunikacionih sistema sa NLS su poznata odavno, ali pošto je snaga smetnje bila relativno mala, a elementarna baza nije omogućavala implementaciju uređaja za formiranje i obradu u prihvatljivim dimenzijama, dugo vremena su komunikacioni sistemi sa NLS nisu bili široko razvijeni. Do sada se situacija dramatično promijenila. Snaga smetnje na ulazu prijemnika može premašiti snagu korisnog signala za nekoliko redova veličine. Da bi se osigurala visoka otpornost na buku protiv ovakvih smetnji, potrebno je koristiti NLS sa super velikim "bazama (desetine stotina hiljada), ansambli (sistemi) signala treba da se sastoje od desetina - stotina miliona NLS-ova sa super velikim bazama Treba napomenuti da su se temelji teorije NLS sa ultra-velikim bazama formirali tek nedavno.(CCD) Svi ovi razlozi uslovili su novi period procvata komunikacionih sistema sa NBS, usled čega su ovakvi sistemi druga generacija će se pojaviti nakon nekog vremena.

Sveobuhvatni cilj ovog priručnika za obuku je jačanje i unapređenje znanja vezanih za teorijski tok predavanja - "Digitalne metode obrade signala". Ovaj priručnik je namijenjen za podršku teorijskom kursu kako bi studenti mogli uvježbati širokopojasne signale i komunikacione sisteme koristeći personalni računar.

Ciljevi priručnika za obuku su:

Upoznavanje sa glavnim tipovima ShPS;

Proučavanje metoda obrade NLS;

Proučavanje signala s faznim pomakom na primjerima Barkerovog koda i M-sekvencije;

Istraživanje svojstava NLS-a pomoću posebnog kompjuterskog programa

Modul: "Širokopojasni komunikacioni sistemi"

Razumijevanje širokopojasnih signala

Definicija NLS-a. Upotreba ShPS-a u komunikacijskim sistemima.

Širokopojasni (složeni, nalik šumu) signali (NLS) su oni signali kod kojih su proizvodi širine aktivnog spektra F za trajanje T mnogo veći od jedinice. Ovaj proizvod se naziva baza signala B. Za NLS

B = FT >> 1 (1)

Širokopojasni signali se ponekad nazivaju složenim signalima, za razliku od jednostavnih signala (npr. pravougaoni, trouglasti, itd.) sa B = 1. Kako signali ograničenog trajanja imaju neograničen spektar, za određivanje širine spektra koriste se različite metode i tehnike.

Podizanje baze u NLS-u se postiže dodatnom modulacijom (ili ključanjem) frekvencije ili faze tokom trajanja signala. Kao rezultat, spektar signala F (uz održavanje njegovog trajanja T) značajno se širi. Dodatna intrasignalna amplitudna modulacija se rijetko koristi.

U komunikacionim sistemima sa NLS, širina spektra emitovanog signala F je uvek mnogo veća od širine spektra informativne poruke.

ShPS su korišćeni u širokopojasnim komunikacionim sistemima (BSS), kao:

omogućavaju vam da u potpunosti shvatite prednosti optimalnih metoda obrade signala;

pružaju visoku otpornost na buku komunikacije;

omogućavaju vam da se uspešno borite protiv višestrukog širenja radio talasa razdvajanjem snopa;

omogućavaju istovremeni rad više pretplatnika u zajedničkom frekvencijskom opsegu;

omogućavaju vam stvaranje komunikacijskih sistema sa povećanom tajnošću;

osigurati elektromagnetnu kompatibilnost (EMC) ShPSS sa uskopojasnim radio komunikacijskim i radio-difuznim sistemima, sistemima za televizijsko emitovanje;

omogućavaju bolju upotrebu frekventnog spektra na ograničenom području u poređenju sa uskopojasnim komunikacionim sistemima.

Otpornost ShPSS na buku.

Određuje se dobro poznatom relacijom koja povezuje odnos signal-šum na izlazu prijemnika q2 sa odnosom signal-šum na ulazu prijemnika c2:

gdje je c2 = Rs / Rp (Rs, Rp - snaga NLS i smetnje);

q2 = 2E / Np, E je energija NLS, Np je spektralna gustina snage smetnje u NLS opsegu. Prema tome, E = PcT, a Np = Pp / F;

B - baza SHPS-a.

Odnos signal-šum na izlazu q2 određuje radne karakteristike NLS prijema, a odnos signal-šum na ulazu c2 određuje energiju signala i šuma. Vrijednost q2 se može dobiti prema zahtjevima sistema (10 ... 30 dB) čak i ako je c2<<1. Для этого достаточно выбрать ШПС с необходимой базой В, удовлетворяющей (2). Как видно из соотношения (2), прием ШПС согласованным фильтром или коррелятором сопровождается усилением сигнала (или подавлением помехи) в 2В раз. Именно поэтому величину

KShPS = q2 / s2 (3)

se naziva NLS dobit tokom obrade ili jednostavno procesna dobit. Iz (2), (3) slijedi da je pojačanje obrade KShPS = 2V. U NSS prijem informacija karakteriše odnos signal-šum h2 = q2 / 2, tj.

Relacije (2), (4) su fundamentalne u teoriji komunikacionih sistema sa NLS. Dobijaju se za smetnje u obliku bijelog šuma sa ujednačenom spektralnom gustinom snage unutar frekvencijskog pojasa, čija je širina jednaka širini NLS spektra. Istovremeno, ovi odnosi vrijede za širok spektar smetnji (uskopojasne, impulsne, strukturalne), što određuje njihovu fundamentalnu važnost.

Dakle, jedna od glavnih namena komunikacionih sistema sa NLS je da obezbedi pouzdan prijem informacija kada su izloženi jakim smetnjama, kada odnos signal-šum na ulazu prijemnika c2 može biti mnogo manji od jedinice. Treba još jednom napomenuti da gore navedene relacije striktno vrijede za interferenciju u obliku Gaussovog slučajnog procesa sa ujednačenom spektralnom gustinom snage ("bijeli" šum).

Glavne vrste ShPS

Poznat je veliki broj različitih NLS-ova, čija se svojstva odražavaju u mnogim knjigama i člancima iz časopisa. ShPS se dijele na sljedeće tipove:

frekvencijski modulirani (FM) signali;

multifrekventni (MF) signali;

signali sa faznim pomakom (PM) (signali sa kodnom faznom modulacijom - QPSK signali);

signali diskretne frekvencije (DF) (signali sa kodnom frekvencijskom modulacijom - KFM signali, signali sa pomakom frekvencije (FM));

diskretna kompozitna frekvencija (DFS) (kompozitni signali sa kodnom frekvencijskom modulacijom - SCCHM signali).

Frekventno modulirani (FM) signali su kontinuirani signali čija se frekvencija mijenja prema datom zakonu. Na slici 1a prikazan je FM signal čija se frekvencija mijenja u skladu sa zakonom u obliku slova V od f0-F / 2 do f0 + F / 2, gdje je f0 centralna noseća frekvencija signala, F širina spektra, u okret, jednak devijaciji frekvencije F =?fd. Trajanje signala je T.

Slika 1b prikazuje ravan vremenske frekvencije (f, t), na kojoj senčenje približno prikazuje frekvenciju i vremensku distribuciju energije FM signala. Baza FM signala po definiciji (1) jednaka je:

B = FT =?FdT (5)

Objavljeno na http://www.allbest.ru//

Slika 1 - Frekvencijski modulirani signal i vremensko-frekvencijska ravan

Frekvencijski modulirani signali se široko koriste u radarskim sistemima, jer za određeni FM signal možete kreirati usklađeni filter na uređajima s površinskim akustičnim valovima (SAW). U komunikacijskim sistemima potrebno je imati više signala. U ovom slučaju, potreba za brzom promjenom signala i prebacivanjem opreme za formiranje i obradu dovodi do činjenice da zakon promjene frekvencije postaje diskretan. U ovom slučaju, FM signali se prenose na DF signale.

Multifrekventni (MF) signali (slika 2a) su zbir N harmonika u (t) ... uN (t), čije su amplitude i faze određene u skladu sa zakonima formiranja signala. Na vremensko-frekvencijskoj ravni (slika 2b), senčenje označava raspodelu energije jednog elementa (harmonika) FM signala na frekvenciji fk. Svi elementi (svi harmonici) potpuno preklapaju odabrani kvadrat sa stranicama F i T. Baza signala B jednaka je površini kvadrata. Spektralna širina elementa je F0 × 1 / T. Dakle, baza MF signala

odnosno poklapa se sa brojem harmonika. MF signali su kontinuirani i teško je prilagoditi digitalne tehnike za njihovo formiranje i obradu. Osim ovog nedostatka, imaju i sljedeće:

a) imaju loš krest faktor (vidi sliku 2a);

b) da bi se dobila velika baza B, potrebno je imati veliki broj frekvencijskih kanala N. Stoga se MF signali dalje ne razmatraju.

Phase-shift keying (PM) signali predstavljaju niz radio impulsa, čije se faze mijenjaju prema datom zakonu. Obično faza ima dvije vrijednosti (0 ili p). U ovom slučaju, RF FM signal odgovara video FM signalu (slika 3a), koji se sastoji od pozitivnih i negativnih impulsa. Ako je broj impulsa N, tada je trajanje jednog impulsa jednako φ0 = T / N, a širina njegovog spektra je približno jednaka širini spektra signala F0 = 1 / φ0 = N / T. Na vremensko-frekvencijskoj ravni (slika 3b)

Objavljeno na http://www.allbest.ru//

Slika 2 – Višefrekventni signal i vremensko-frekventna ravan

Objavljeno na http://www.allbest.ru//

Slika 3 - Signal za pomak faze i vremensko-frekvencijska ravan

Distribucija energije jednog elementa (pulsa) FM signala je istaknuta senčenjem. Svi elementi preklapaju odabrani kvadrat sa stranicama F i T. Baza PM signala

B = FT = F / f0 = N, (7)

one. B je jednako broju impulsa u signalu.

Mogućnost korišćenja PM signala kao NLS sa bazama B = 104 ... 106 uglavnom je ograničena opremom za obradu. Kod upotrebe usklađenih filtera u obliku SAW uređaja moguć je optimalan prijem FM signala sa maksimalnim bazama Bmax = 1000 ... 2000. FM signali koji se obrađuju takvim filterima imaju širok spektar (oko 10 ... 20 MHz) i relativno kratke trajanja (60 ... 100 μs). Obrada FM signala korišćenjem video-frekvencijskih linija kašnjenja prilikom prenosa spektra signala u video-frekvencijsku oblast omogućava dobijanje osnovnih linija B = 100 pri F ≤ 1 MHz, T 100 μs.

Podudarni filteri sa napunjenim uređajem (CCD) su vrlo obećavajući. Prema objavljenim podacima, korištenjem usklađenih CCD filtera moguće je obraditi PM signale sa bazama 102 ... 103 u trajanju signala od 10-4 ... 10-1 s. Digitalni korelator na CCD-u je sposoban za obradu signala do baze 4 104.

Treba napomenuti da je preporučljivo obraditi PM signale sa velikim bazama pomoću korelatora (na LSI ili na CCD). U ovom slučaju, čini se da je B = 4 104 ograničavajući. Ali pri korištenju korelatora prije svega je potrebno riješiti pitanje ubrzanog stjecanja sinkronizma. Budući da PM signali omogućavaju široku upotrebu digitalnih metoda i tehnika formiranja i obrade, te je moguće realizovati takve signale sa relativno velikim bazama, PM signali su stoga jedan od obećavajućih tipova NLS.

Signali diskretne frekvencije (DF) predstavljaju niz radio impulsa (slika 4a), čije se frekvencije nosioca mijenjaju prema datom zakonu. Neka je broj impulsa u DF signalu M, trajanje impulsa je T0 = T / M, širina njegovog spektra je F0 = 1 / T0 = M / T. Iznad svakog impulsa (slika 4a) je naznačena njegova noseća frekvencija. Na vremensko-frekvencijskoj ravni (slika 4b), senčenje označava kvadrate u kojima se distribuira energija impulsa DF signala.

Kao što se može vidjeti sa slike 4b, energija DF signala je neravnomjerno raspoređena na vremensko-frekvencijskoj ravni. Baza DF signala

B = FT = MF0MT0 = M2F0T0 = M2 (8)

pošto je baza impulsa F0T0 = l. Iz (8) slijedi glavna prednost DF signala: da bi se dobila potrebna baza B, broj kanala M =, odnosno znatno manji nego za MF signale. Upravo je ta okolnost izazvala pažnju na takve signale i njihovu primjenu u komunikacijskim sistemima. Istovremeno, za velike baze B = 104 ... 106, nepraktično je koristiti samo DF signale, jer je broj frekvencijskih kanala M = 102 ... 103, što se čini pretjerano velikim.

Signali diskretne kompozitne frekvencije (DFS) su DF signali u kojima je svaki impuls zamijenjen signalom sličnim šumu. Slika 5a prikazuje PM signal video frekvencije, čiji se dijelovi emituju na različitim nosećim frekvencijama. Brojevi frekvencije su naznačeni iznad FM signala. Slika 5b prikazuje vremensko-frekvencijsku ravan, na kojoj je distribucija energije DFS signala istaknuta senčenjem. Slika 5b se po strukturi ne razlikuje od slike 4b, ali je za sliku 5b površina F0T0 = N0 jednaka broju impulsa FM signala u jednom frekvencijskom elementu DFS signala. DFS signalna baza

B = FT = M2F0T0 = N0M2 (9)

Broj impulsa kompletnog FM signala N = N0M

DFS signal prikazan na slici 5 sadrži PM signale kao elemente. Stoga će takav signal biti skraćen kao DFS-FM signal. Kao elemente DFS signala mogu se uzeti DF signali. Ako je osnova elementa DF signala B = F0T0 = M02, onda je baza cijelog signala B = M02M2

Takav signal može biti skraćen kao DSCH-FM. Broj frekvencijskih kanala u DSC-FM signalu je jednak M0M. Ako DF signal (vidi sliku 4) i DF-FM signal imaju jednake baze, onda i oni imaju isti broj frekvencijskih kanala. Dakle, DFS-FM signal nema nikakve posebne prednosti u odnosu na DF signal. Ali principi konstruisanja DFS-FM signala mogu biti korisni pri izgradnji velikih sistema DF signala. Dakle, najperspektivniji NLS za komunikacione sisteme su FM, DCH, DSCh-FM signali.

Objavljeno na http://www.allbest.ru//

Slika 4 - Diskretni frekvencijski signal i vremensko-frekvencijska ravan

Objavljeno na http://www.allbest.ru//

Slika 5 - Diskretni kompozitni frekvencijski signal sa faznim pomakom DFSH-PM i vremensko-frekvencijskom ravninom.

Optimalni principi filtracije. Optimalni ShPS filter

Prijem i obrada signala raznim radiotehničkim uređajima u pravilu se obavlja u pozadini manje ili više intenzivnih smetnji. Izbor sistema uređaja ovisi o tome koji od sljedećih zadataka treba riješiti u ovom slučaju:

jedan . Detekcija signala, kada samo treba da date odgovor, bilo da postoji koristan signal u primljenom talasnom obliku ili ga formira samo šum.

2. Procjena parametara, kada je potrebno odrediti vrijednost jednog ili više parametara korisnog signala (amplituda, frekvencija, vremenski položaj, itd.) sa najvećom tačnošću. Za teoriju radio kola i signala od najvećeg je interesa proučavanje mogućnosti slabljenja štetnog dejstva smetnji za dati signal i datu smetnju pravilnim izborom prenosne funkcije prijemnika. Stoga će se u budućnosti odrediti karakteristike prijemnika koje su optimalno usklađene sa signalom i smetnjama. U zavisnosti od toga koji od navedenih problema se rešava, kriterijumi za optimalnost filtera za dati signal u prisustvu smetnji sa datim statističkim karakteristikama mogu biti različiti. Za problem detekcije signala u šumu, najrašireniji kriterijum je maksimalni odnos signal-šum na izlazu filtera.

Zahtjevi za filter koji maksimizira omjer signal-šum formulirani su na sljedeći način. Aditivna mješavina signala S (t) i šuma n (t) se dovodi na ulaz linearne mreže sa četiri priključka sa konstantnim parametrima i prijenosnom funkcijom (slika 6).

Objavljeno na http://www.allbest.ru//

Slika 6

Signal je u potpunosti poznat, što znači da je specificiran njegov oblik i položaj na vremenskoj osi. Šum je probabilistički proces sa specificiranim statističkim karakteristikama. Potrebno je sintetizirati filter koji obezbjeđuje najveći mogući omjer vrijednosti vršnog signala i efektivne vrijednosti šuma na izlazu, drugim riječima, za određivanje prijenosne funkcije. U ovom slučaju nije postavljen uslov za održavanje oblika signala na izlazu filtera, jer oblik nije bitan za njegovu detekciju u šumu.

Predstavimo rezultate rješavanja problema za "standardni" šum kao što je bijeli šum. Podsjetimo da je bijeli šum nasumičan proces sa ujednačenom distribucijom energije po spektru frekvencija, tj. W (u) = W0 = const, i 0<щ

Ovdje je A proizvoljni konstantni koeficijent, kompleksna funkcija - konjugirana sa spektralnom funkcijom signala.

Relacija (10) implicira dva uslova za fazno-frekvencijsku (PFC) i amplitudno-frekvencijsku (AFC) karakteristike usklađenog filtera:

1) K (u) = AS (u) (11)

one. modul funkcije prijenosa, do konstantnog koeficijenta A, poklapa se sa amplitudnim spektrom signala i

2) ck = - [cs (u) + ut0] (12)

cs (u) - fazni spektar signala.

Fizičko značenje dobijenih izraza za frekvencijski odziv (11) i fazni frekvencijski odziv (12) optimalnog filtera jasno je iz sljedećih razmatranja. Kada je relacija (11) ispunjena, energija šuma koja zauzima beskonačnu širinu pojasa na ulazu filtera je na izlazu prigušena mnogo jače od energije signala koji ima istu spektralnu širinu kao i širina opsega prijemnika.

Prvi član u izrazu za fazno-frekventnu karakteristiku -ts (w) kompenzira faznu karakteristiku ulaznog signala qs (w), kao rezultat prolaska kroz filter u trenutku t0, svi harmonici signala se dodaju u fazi , formirajući vrh izlaznog signala. Istovremeno, to dovodi do promjene valnog oblika na izlazu filtera. Drugi pojam ut0 označava kašnjenje svih komponenti signala u isto vrijeme t0> Tc, gdje je Tc trajanje signala. Fizički, to znači da za potpuno korištenje energije ulaznog signala, kašnjenje odgovora filtera ne smije biti manje od trajanja signala.

Upotreba izraza (10) svodi problem sinteze usklađenog filtera na problem konstruisanja električnog kola koristeći poznati koeficijent prijenosa.

Drugi način je odrediti impulsni odziv kola, a zatim dizajnirati bipolarnu mrežu sa takvom karakteristikom.

Po definiciji, impulsni odziv kola g (t) je signal na njegovom izlazu kao odgovor na akciju u obliku q - funkcije, tj. imaju ujednačenu spektralnu gustinu za sve frekvencije. U ovom slučaju spektralna gustina signala na izlazu i oblik signala na izlazu, prema Fourierovoj transformaciji i uzimajući u obzir relaciju (10),

Impulsni odziv optimalnog filtera, tj. odgovor na q impuls je stoga zrcalna slika signala sa kojim se ovaj filter poklapa. Osa simetrije prolazi kroz tačku t0 / 2 na apscisi (slika 7).

Objavljeno na http://www.allbest.ru//

Slika 7

Oblik izlaznog signala optimalnog filtera može se odrediti pomoću opšte relacije

Po definiciji, signal na izlazu optimalnog filtera,

gdje je Bs (t-t0) autokorelaciona funkcija signala (ACF).

Dakle, signal na izlazu usklađenog filtera do konstantnog koeficijenta A poklapa se sa autokorelacionom funkcijom ulaznog signala. Odnos signal-šum na izlazu je glavna mjera efikasnosti optimalnog filtera (OF). Prikazujemo samo rezultat proračuna prema kojem

gdje je efektivna vrijednost šuma na izlazu filtera, vršna vrijednost signala na izlazu;

E je energija signala na ulazu filtera;

W0 je spektralna gustina snage bijelog šuma.

Izraz (16), koji omogućava određivanje efikasnosti usklađenog filtera, pokazuje da u slučaju bijelog šuma odnos signal-šum na njegovom izlazu ovisi samo o energiji signala i energetskom spektru šuma. W0. U slučaju SHPS-a:

E = NE0 je energija signala, E0 je energija elementarne poruke, N je broj poruka u signalu, c je odnos signal-šum na ulazu OF.

Iz izraza (15.17) slijedi: prvo, OF povećava omjer signal-šum u smislu izlazne snage za faktor od N, i drugo, jedna od mogućih implementacija optimalnog filtera je korelator ili program koji izračunava ACF signala.

Signali sa faznim pomakom

Fazni pomak se često koristi kao intrasignalna modulacija. Phase-shift keying (PM) signali su niz radio impulsa jednake amplitude, čije se početne faze mijenjaju prema datom zakonu. U većini slučajeva, FM signal se sastoji od radio impulsa s dvije vrijednosti početnih faza: 0 i.

Slika 8a prikazuje primjer FM signala koji se sastoji od 7 radio impulsa. Slika 8b prikazuje omotač (generalno složen) istog signala. U ovom primjeru, omotač je niz pravokutnih pozitivnih i negativnih pojedinačnih video impulsa. Ova pretpostavka o pravougaonosti impulsa koji formiraju FM signal vrijedi za teorijske studije. Međutim, tokom formiranja PM signala i njihovog prenosa kroz komunikacione kanale sa ograničenim propusnim opsegom, impulsi se izobličuju, a PM signal prestaje da bude idealan kao na slici 8a. Envelope u potpunosti karakterizira FM signal. Stoga se istraživanjem istražuje svojstva omotača FM signala.

Pravougaoni impuls u (t) sa jediničnom amplitudom i trajanjem 0, koji čini osnovu FM, zapisuje se kao u (t) = 1 pri 0 t 0.

Envelope koji se sastoji od N pojedinačnih video impulsa može se predstaviti kao:

U (t) = an u

gdje amplituda an poprima vrijednosti +1 ili -1. Ukupno trajanje PM signala je T = N0.

Niz simbola (amplituda impulsa) A = (a1, a2… an… aN) naziva se kodni niz. Moguće su sljedeće ekvivalentne oznake kodnih sekvenci:

A = (111-1-11-1) = (1110010) = (+ + + - - + -), ovdje je N = 7.

Objavljeno na http://www.allbest.ru//

Slika 8 - FM signal, njegov kompleksni omotač

Spektar FM signala

Spektralna svojstva PM signala određena su spektrom impulsa u (t) i kodnom sekvencom A. Spektar pravokutnog video impulsa S ():

S () = 0 exp (- i0 / 2)

Spektar pravokutnog signala sastoji se od tri faktora. Prvi - jednak φ0 je površina impulsa 1ph0. Drugi faktor sin (0/2) / (0/2) u obliku sin (x) / x referentne funkcije karakterizira distribuciju frekvencije spektra. Treći faktor je posledica pomeranja centra impulsa u odnosu na ishodište koordinata za polovinu trajanja 0/2 impulsa.

Spektar PM signala G (), tačnije, spektar omotača, uzimajući u obzir teoremu pomaka, ima sljedeći oblik:

G () = S () an exp [-i (n-1) 0]

Zbir na desnoj strani je spektar kodnog niza A i označen je u daljem tekstu H (). dakle,

u (t) S (), A H (), U (t) G (),

Spektar FM signala pogodno je predstaviti u obliku proizvoda jer prvo možete zasebno pronaći spektre S () i H (), a zatim, množeći ih, dobiti spektar FM signala. Svojstva spektra pravougaonog impulsa su dobro poznata: ima strukturu režnja sa nulama u tačkama /, 2 / itd. Amplitudni spektar kodnog niza se u prosjeku približava spektru bijelog šuma i razlikuje se u značajnim fluktuacijama oko prosjeka jednakim

Fazni spektar kodnog niza takođe karakterišu značajne nepravilnosti.

Funkcija autokorelacije (ACF).

ACF FM signala ima oblik tipičan za sve tipove NLS-a. Normalizovani ACF se sastoji od centralnog (glavnog) tipa sa amplitudom od 1, koji se nalazi na intervalu (-,) i bočnim (pozadinskim) maksimumima, raspoređenih po intervalu (-,) i (,).

Amplitude lateralnih tipova poprimaju različite vrijednosti, ali su male za signale sa “dobrom” korelacijom; mnogo manja od amplitude centralnog vrha. Odnos amplitude centralnog pika (u ovom slučaju 1) i maksimalne amplitude bočnih maksimuma naziva se koeficijent supresije K. Za proizvoljni NLS sa bazom B

Za FM ShPS K1. Primjer ACF NLS-a dat je na slici 9. Vrijednost K značajno zavisi od tipa kodnog niza A. Pravilnim izborom zakona formiranja A moguće je postići maksimalno potiskivanje, a u nekim slučajevi - jednakost amplituda svih bočnih maksimuma.

Barkerovi signali

Kodni niz Barkerovog signala sastoji se od simbola 1 i karakterizira ga normalizirani ACF oblika:

gdje je l = 0, 1, ... (N-1) / 2.

Znak u posljednjem redu ovisi o vrijednosti N. Slike 8-9 prikazuju PM signal, njegovu kompleksnu ovojnicu i ACF sedmocifrenog Barkerovog koda.

Iz (18) proizlazi da je jedna od karakteristika Barkerovog signala jednakost amplituda svih (N-1) lateralnih maksimuma ACF-a, a svi oni imaju minimalni mogući nivo koji ne prelazi 1/N. Tabela 1 prikazuje poznate sekvence Barkerovog koda i njihove nivoe bočnih ACF tipova. Kodni nizovi sa svojstvima (18) nisu pronađeni za N 13.

Objavljeno na http://www.allbest.ru//

Slika 9 - ACF sedmocifrenog Barkerovog koda

Tabela 1 Sekvence Barkerovog koda

	Kodni niz	Nivo bočnog režnja



	1 1 1 -1 -1 1 -1
	1 1 1 -1 -1 -1 1 -1 -1 1
	1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1

Formiranje i obrada Barker signala. Formiranje Barkerovih signala može se vršiti na više načina, kao i proizvoljnog PM signala. Budući da su Barkerovi signali bili prvi PNM, i sa najboljim ACF-ovima, razmotrimo ukratko jedan od mogućih načina generiranja i obrade Barkerovih signala.

Slika 10 prikazuje Barkerov generator signala sa N = 7. Generator sinhro impulsa (GSG) generiše uske pravougaone sinhronizovane impulse, čiji je period ponavljanja jednak trajanju Barkerovog signala T = 7ph0, a ph0 je trajanje jednog (jednog) pravougaonog impulsa. Generator sinhronih impulsa pokreće generator pojedinačnih impulsa (SOI), koji zauzvrat generiše pojedinačne pravougaone impulse sa trajanjem od φ0 i periodom od T. jednakim φ0. Broj tapova, uključujući početak reda, je 7. Pošto sekvenca Barkerovog koda sa N = 7 ima oblik 111-1 -11 -1, impulsi iz prvog, drugog, trećeg i šestog tapova (računajući od početka linije) dolaze direktno na ulazni sabirač (+), a impulsi iz četvrtog, petog i sedmog odvoda se preko invertera (IN) unose na ulaz sabirača koji pretvaraju pozitivne pojedinačne impulse u negativne, tj. , mijenjaju fazu na str. Stoga se pretvarači nazivaju i fazni pomaci. Na izlazu sabirača nalazi se Barkerov video signal (slika 8b), koji se potom dovodi na jedan ulaz balansiranog modulatora (BM), na čiji drugi ulaz dolazi oscilacija radio frekvencije na nosećoj frekvenciji koju generiše generator noseće frekvencije (LFO), se napaja. Balansirani modulator izvodi fazni pomak oscilacije radio frekvencije LFO-a u skladu sa sekvencom Barkerovog koda: video impuls amplitude 1 odgovara radio impulsu faze 0, a video impulsu amplitude od -1 odgovara radio impulsu sa fazom p. Dakle, Barker RF signal je prisutan na izlazu balansiranog modulatora (slika 8a).

Objavljeno na http://www.allbest.ru//

Slika 10 - Generator Barker signala sa N = 7

Optimalna obrada Barkerovih signala, kao i drugih NLS-ova, izvodi se ili korištenjem usklađenih filtera ili korištenjem korelatora. Postoji nekoliko načina za konstruisanje usklađenih filtera i korelatora, koji se međusobno razlikuju po tehničkoj implementaciji, ali obezbeđuju isti maksimalni odnos signal-šum na izlazu. Slika 11 prikazuje dijagram usklađenog filtera za Barkerov signal sa N = 7. Sa izlaza pojačivača međufrekventne frekvencije prijemnika, signal se dovodi do jednog filtera usklađenog impulsa (SFOI), koji vrši optimalnu obradu (filtriranje) jedan pravougaoni radio impuls sa središnjom frekvencijom jednakom međufrekvenciji prijemnika ... Na izlazu SFOI, radio impuls ima trokutasti omotač. Triangularni radio impulsi sa baznim trajanjem od 2 f0 stižu do MLZ, koji ima 6 sekcija i 7 slavina (uključujući početak linije). Slavine slijede kroz φ0. Budući da je impulsni odziv usklađenog filtera isti kao i spekularni signal, kodirani impulsni odziv filtera za Barkerov signal sa N = 7 treba postaviti prema sekvenci -11-1-1111. Dakle, radio impulsi iz druge, pete, šeste i sedme slavine MLZ ulaze direktno u sabirač (+), a radio impulsi iz prve, treće i četvrte slavine prolaze kroz pretvarače (IN) koji mijenjaju fazu na str. Na izlazu sabirača nalazi se ACF Barkerovog signala, čija je ovojnica prikazana na slici 9.

Objavljeno na http://www.allbest.ru//

Slika 11 - Usklađeni Barkerov signalni filter sa N = 7

M - sekvence

Među signalima sa faznim pomakom, od posebnog su značaja signali čiji kodni nizovi predstavljaju sekvence maksimalne dužine ili M-sekvence.

M - sekvence pripadaju kategoriji binarnih linearnih rekurentnih sekvenci i predstavljaju skup od N binarnih simbola koji se periodično ponavljaju. Štaviše, svaki trenutni simbol dj nastaje kao rezultat sabiranja po modulu 2 određenog broja m prethodnih simbola, od kojih su neki pomnoženi sa 1, a drugi sa 0.

Za j-ti znak imamo:

d j = a i d j - i = a 1 d j -1. ... ... a m d j -m (4)

Gdje je a1 ... am - brojevi 0 ili 1.

Tehnički, generator M-sekvence je izgrađen u obliku registra (flip-flops spojeni u seriju) sa slavinama, sa povratnim kolom i sa sabiračem po modulu 2. Primjer takvog generatora prikazan je na slici 12. Množenje sa a1 ... am u (4) jednostavno znači prisustvo ili odsutnost slavine, tj. povezivanje odgovarajućeg okidača (bita registra) sa sabiračem. U m-bitnom registru, maksimalni period je: Nm - 1. Vrijednost m se naziva memorija sekvence. Ako su slavine nasumično odabrane, tada se maksimalna dužina sekvence neće uvijek promatrati na izlazu generatora. Pravilo za odabir slavina, koje vam omogućava da dobijete niz sa periodom od Nm-1, uključuje pronalaženje nesvodljivih primitivnih polinoma stepena m sa koeficijentima jednakim 0 i 1. Koeficijenti koji nisu nula u polinomima određuju brojeve odvodnica u registru.

Dakle, za m = 6, postoje 3 primitivna polinoma:

a6 a5 a4 a3 a2 a1 a0

p1 (x) = x 6 + x + 1 1 0 0 0 0 1 1

p2 (x) = x 6 + x 5 + x 2 + x + 1 1 1 0 0 1 1 1

p3 (x) = x 6 + x 5 + x 3 + x 2 + 1 1 1 0 1 1 0 1

Slika 12 implementira prvu opciju.

Slika 12 - Generator M sekvence sa periodom N = 26 - 1 = 63

Osobine autokorelacijske funkcije M-sekvencije. Najzanimljivija je normalizirana autokorelacija funkcija (ACF). Postoje dva slučaja dobijanja takve funkcije: u periodičnom (PACF) i aperiodičnom režimu. Periodični ACF ima glavni vrh jednak jednom i broj bočnih izbacivanja, čije su amplitude 1/N. Sa povećanjem N, PACF se približava idealnom, kada bočni vrhovi postanu zanemarljivi u odnosu na glavni.

Bočni vrhovi ACF-a u aperiodičnom režimu su značajno veći od bočnih pikova ACF-a. Efektivna vrijednost bočnih pikova (izračunata kroz varijansu) je

Skraćene M-sekvence

Dijeleći M-sekvencu (pun period N) na segmente trajanja Nc, može se dobiti veliki broj NLS-a, smatrajući svaki od segmenata nezavisnim signalom. Ako se segmenti ne preklapaju, onda je njihov broj n = N / (Nc-1). Tako se može dobiti veliki broj pseudo-slučajnih sekvenci. Svojstva autokorelacije takvih sekvenci su mnogo lošija od onih kod M-sekvencije istog trajanja i zavise od Nc. Utvrđeno je da u 90% segmenata ub 3/, au 50% - 2/.

sekvenca filtera frekvencije signala

Književnost

1. Signali nalik šumu u sistemima za prenos informacija. Ed. V.B. Pestryakov. - M., „Sove. radio”, 1973, -424c.

2. Yu.S. Lezine. Uvod u teoriju radiotehničkih sistema. - M.: Radio i komunikacija, 1985, -384c.

3. L.E. Varakin. Komunikacioni sistemi sa signalima sličnim šumu. - M.: Radio i komunikacija, 1985, -384c.

Objavljeno na Allbest.ru

...

Slični dokumenti

Optimalni impulsni odziv filtera. Optimalan odgovor filtera na primljeni signal. Kompresija signala tokom vremena. Frekvencijski odziv optimalnog filtera. Ekvivalencija karakteristika detekcije za korelaciju i obradu filtera.

sažetak, dodan 21.01.2009

Algoritam za izračunavanje filtera u vremenskom i frekvencijskom domenu korištenjem brze diskretne Fourierove transformacije (FFT) i inverzne brze Fourierove transformacije (IFFT). Proračun izlaznog signala i snage unutrašnjeg šuma sintetiziranog filtera.

seminarski rad, dodan 26.12.2011

Principi izvornog kodiranja pri prenošenju diskretnih poruka. Proces donošenja odluke od strane prijemnika prilikom prijema signala. Proračun usklađenog filtera. Izrada koda za ispravljanje grešaka. Dekodiranje sekvence koja sadrži dvostruku grešku.

seminarski rad, dodan 18.10.2014

Razvoj modela diskretnog sistema za prenos poruka. Principi izvornog kodiranja pri prijenosu informacija. Proračun vjerojatnosti binarnih simbola; entropija i redundantnost koda. Impulsni i kompleksno-frekventni odziv usklađenog filtera.

seminarski rad dodan 27.03.2016

Namjena i karakteristike širokopojasnih komunikacionih sistema. Osnove korištenja signala sličnih šumu. Sistemi pseudoslučajnih sekvenci. Blok dijagrami generatora linearnih kodnih sekvenci. Generisanje koda velike brzine.

seminarski rad dodan 04.05.2015

Diskretni komunikacioni sistemi. Diferencijalna impulsna kodna modulacija. Kvantizacija nivoa i kodiranje signala. Imunitet komunikacionih sistema sa impulsno-kodnom modulacijom. Bit rate. Impulsni signal na ulazu integratora.

sažetak, dodan 03.12.2011

Pronalaženje korelacijske funkcije ulaznog signala. Spektralna i frekventna analiza ulaznog signala, amplitudno-frekventne i fazno-frekventne karakteristike. Prolazni i impulsni odziv kola. Određivanje spektralne gustine izlaznog signala.

seminarski rad, dodan 27.04.2012

Vremenske funkcije, frekvencijske karakteristike i spektralni prikaz signala. Granične frekvencije spektra signala. Određivanje bitnosti koda. Interval uzorkovanja signala. Određivanje kodnog niza. Konstrukcija autokorelacione funkcije.

seminarski rad, dodan 09.02.2013

Problem otpornosti na komunikacijsku buku, korištenje filtera za njegovo rješavanje. Vrijednost kapacitivnosti i induktivnosti linijskog filtera, njegovi parametri i karakteristike. Modeliranje filtera i signala u okruženju Electronics Workbench. Propuštanje signala kroz filter.

seminarski rad, dodan 20.12.2012

Proračun Z-transformacije diskretnog niza uzoraka signala. Definicija diskretne konvolucije. Redoslijed izgradnje kola nerekurzivnog filtera kojem odgovara funkcija sistema. Uzorci diskretnog signala prema navedenim parametrima.

Uskopojasni i širokopojasni signali

1.Uskopojasni signal

Signal se naziva uskopojasni (UPS) ako je širina njegovog spektra mnogo manja od prosječne frekvencije (slika 1.1):

Rice. 1.1

Modulirani radio signali su tipični predstavnici UPS-a. UPS takođe može uključiti nekoliko radio signala sa svojim nosiocima, koji zajedno zauzimaju prilično uski frekvencijski opseg.

U prvoj aproksimaciji, za analizu prolaska UPS-a kroz elektronska kola, takav signal se može predstaviti kao harmonijski na srednjoj frekvenciji. Bolju aproksimaciju daje prikaz UPS-a u obliku kvaziharmonične vibracije, u kojoj je spor (u poređenju sa) trenutnu promjenu amplitude i frekvencije. U ovom slučaju se pretpostavlja da se u dovoljno kratkom vremenu (manje od promjene amplitude i frekvencije) signal može smatrati harmoničnim.

U opštem slučaju, UPS se može predstaviti u obliku

gdje i -polagano mijenjanje funkcija vremena.

Za klasične AM i FM oscilacije, središnja frekvencija se poklapa sa nosećom frekvencijom signala. Za nedvosmislen i optimalan izborprimijenjen je aparat Hilbertove transformacije prema kojem za dati UPSnaći konjugiranu funkcijudefinisano kao

pri čemu

Ovako definirana ovojnica odgovara signalus vremena na vrijeme gdje, one. imaju zajedničke tangente, a u tačkama tangente funkcijuje blizu visokih (slika 1.2):

Rice. 1.2

Za signal formeHilbertova konjugirana funkcija je i za .

Na osnovu ovih omjera za harmonijski signalenvelope i frekvencija su jednake redom:

kao što je očekivano. Ako odaberete srednju frekvenciju na proizvoljan način, onda čak i za harmonijski signal možete dobiti neku prilično složenu omotnicu koja ne odgovara stvarnosti.

Uzmimo, kao primjer, UPS, koji se sastoji od zbira harmonijskih komponenti:

Za takav signal

gdje

Nakon transformacije, možete dobiti sljedeći izraz za trenutnu frekvenciju

Za dvofrekventni signal (N = 2) imamo

Dakle, zbir dvije blisko raspoređene frekvencije () signali se mogu zapisati u obliku kvaziharmonične oscilacije:

Slika 1.3 ilustruje primjer signala koji se sastoji od dva harmonijska signala jednakih amplituda (= = ).

Rice. 1.3

Ispod na sl. 1.4 i slika 1.5 prikazuju normalizovane grafike perioda jedne ovojnice i trenutne frekvencije: biharmonski signal za, 0,5 i 0,1.

Slika 1.4

Sa smanjenjem amplitude jednog od signala, trenutna frekvencija (slika 5) se kontinuirano mijenja i na malom k srednja frekvencija je bliska frekvenciji većeg signala. Iz grafikona na sl. 3, sl. 4, sl. 5 može se vidjeti da kada dva signala sa jednakim amplitudama interaguju, amplituda se mijenja sa dvostruke amplitude svakog na nulu. Štaviše, na nuli faze omotača naglo mijenja u , što formalno znači prelaz kroz beskonačnost (diskontinuitet) trenutne frekvencije, a ostatak vremena

Sa smanjenjem amplitude jednog od signala, trenutna frekvencija (slika 1.5) se kontinuirano mijenja i na maloj k srednja frekvencija je bliska frekvenciji većeg signala.

Rice. 1.5

Za male k omotnica se može aproksimirati

odakle se vidi da envelope u ovom slučaju linearno zavisi od amplitude malog signala pri konstantnoj amplitudi velikog. Ako je mali signal, zauzvrat, kvaziharmoničan

one.

onda

Dakle, rezultirajući omotač sadrži linearne informacije o promjeni amplitude i faze malog signala, što omogućava prijemniku da izdvoji ovu informaciju bez nelinearnog izobličenja.

2 . Širokopojasni signal

Definicija NLS-a. Upotreba ShPS-a u komunikacijskim sistemima

Širokopojasni (složeni, nalik šumu) signali (NLS) su oni signali u kojima su proizvodi širine aktivnog spektra F za trajanje T mnogo više od jednog. Ovaj proizvod se naziva baza signala. B. Za SHPS

B = FT >> 1 (1)

Broadbandsignali se ponekad nazivaju složenim za razliku od jednostavnih signala(npr. pravougaoni, trouglasti, itd.) sa B = 1. Kako signali ograničenog trajanja imaju neograničen spektar, za određivanje širine spektra koriste se različite metode i tehnike.

Podizanje baze u NLS-u se postiže dodatnom modulacijom (ili ključanjem) frekvencije ili faze tokom trajanja signala. Kao rezultat toga, spektar signala F (uz zadržavanje njegovog trajanja T ) značajno se širi.

U komunikacionim sistemima sa NLS, širina spektra emitovanog signala F je uvijek mnogo veći od propusnog opsega informacija poruke.

ShPS su korišćeni u širokopojasnim komunikacionim sistemima (BSS), kao:

pružaju visoku otpornost na buku komunikacije;
omogućavaju vam da se uspešno borite protiv višestrukog širenja radio talasa razdvajanjem snopa;
omogućavaju istovremeni rad više pretplatnika u zajedničkom frekvencijskom opsegu;
omogućavaju vam stvaranje komunikacijskih sistema sa povećanom tajnošću;
omogućavaju bolju upotrebu frekventnog spektra na ograničenom području u poređenju sa uskopojasnim komunikacionim sistemima.
1. Otpornost na buku ShPSS

Određuje se dobro poznatim odnosom između odnosa signal-šum na izlazu prijemnika q 2 sa odnosom signal-šum na ulazu prijemnika ρ 2 :

q 2 = 2Vρ 2 (2)

gdje je ρ 2 = P s / P p (P s, P p - ShPS snaga i smetnje);

B - baza SHPS-a.

Količina q 2 može se dobiti prema zahtjevima sistema (10 ... 30 dB) čak i ako ρ 2 <<1. Для этого достаточно выбрать ШПС с необходимой базой В , zadovoljavajući (2). Kao što se može vidjeti iz relacije (2), prijem NLS-a od strane usklađenog filtera ili korelatora je praćen pojačanjem signala (ili potiskivanjem smetnji) na 2Vjednom. Zato je količina

K SHPS = q 2 / ρ 2 (3)

se naziva NLS dobit tokom obrade ili jednostavno procesna dobit. Iz (2), (3) proizilazi da je poboljšanje obrade K SHPS = 2V. V Prijem informacija SHPSS karakterišeomjer interferencije signala h 2 = q 2/2, tj.

h 2 = Vρ 2 (4)

T Dakle, jedna od glavnih namena komunikacionih sistema sa NLS je da obezbedi pouzdan prijem informacija kada su izloženi snažnim smetnjama, kada je odnos signal-šum na ulazu prijemnika ρ 2 može biti mnogo manje od jedan.Treba još jednom napomenuti da gore navedene relacije striktno vrijede za interferenciju u obliku Gaussovog slučajnog procesa sa ujednačenom spektralnom gustinom snage ("bijeli" šum).

Glavne vrste ShPS

Poznat je veliki broj različitih NLS-ova, koji se dijele na sljedeće tipove:

frekvencijski modulirani (FM) signali;
multifrekventni (MF) signali;
signali sa faznim pomakom (PM) (signali sa kodnom faznom modulacijom - QPSK signali);
signali diskretne frekvencije (DF) (signali sa kodnom frekvencijskom modulacijom - KFM signali, signali sa pomakom frekvencije (FM));
diskretna kompozitna frekvencija (DFS) (kompozitni signali sa kodnom frekvencijskom modulacijom - C K × M signala).

Frekvencijski modulirani (FM)signali su kontinuirani signali čija se frekvencija mijenja prema datom zakonu. Na sl. 2.1a, prikazan je FM signal čija se frekvencija mijenja prema V -oblikovani zakon iz f 0 - F / 2 do f 0 + F / 2, gdje je f 0 - centralna noseća frekvencija signala, F - širina spektra, zauzvrat, jednaka devijaciji frekvencije F = ∆ f d. Trajanje signala je T.

Na pirinač. 2.1b prikazuje vremensku frekvenciju ( f, t) - avion na koje sjenčanje približno pokazuje distribuciju energije FM signala u frekvenciji i vremenu.

Baza FM signala po definiciji (1) jednaka je:

B = FT = ∆ f d T (5)

višefrekvencija (MF)signali (slika 2.2a) su zbir N harmonika u (t) ... u N (t), čije su amplitude i faze određene u skladu sa zakonima formiranja signala. Navremensko-frekvencijsku ravan (slika 2.2b), senčenje označava raspodelu energije jednog elementa (harmonika) FM signala na frekvenciji f k ... Svi elementi (svi harmonici) potpuno preklapaju odabrani kvadrat sa stranicama F i T. Baza signala B jednaka je površini kvadrata. Širina spektra elemenata F 0 ≈1 / T. Dakle, baza MF signala

B = F / F 0 = N (6)

Rice. 2.1 - Frekvencijski modulirani

odnosno poklapa se sa brojem harmonika. MF signali su kontinuirani i teško je prilagoditi digitalne tehnike za njihovo formiranje i obradu. Osim ovog nedostatka, imaju i sljedeće:

a) imaju loš krest faktor (vidi sliku 2.2a);

b) da dobijete veliku bazu V potrebno je imati veliki broj frekvencijskih kanala N. Stoga se MF signali dalje ne razmatraju.

Fazno manipulirano (FM)signali predstavljaju niz radio impulsa, čije se faze mijenjaju prema datom zakonu. Obično faza uzima dvije vrijednosti (0 ili π). U ovom slučaju, RF FM signal odgovara video FM signalu (slika 2.3a), koji se sastoji od pozitivnih i negativnih impulsa. Ako je broj impulsa N, tada je trajanje jednog impulsa τ 0 = T / N, a širina njegovog spektra je približno jednaka širini spektra signala F 0 = 1 / τ 0 = N / T. Na vremensko-frekvencijskoj ravni (slika 3b)senčenje označava raspodelu energije jednog elementa (pulsa) FM signala. Svi elementi preklapaju odabrani kvadrat sa stranicama F i T. Baza FM signala

B = FT = F / τ 0 = N, (7)

one. B jednak je broju impulsa u signalu.

Mogućnost korišćenja FM signala kao NLS sa bazama B = 10 4 ...10 6 ograničeno uglavnom opremom za obradu. Kod upotrebe usklađenih filtera u obliku SAW uređaja moguć je optimalan prijem FM signala sa maksimalnim bazama Bmax = 1000 ... 2000. FM signali koji se obrađuju takvim filterima imaju širok spektar (oko 10 ... 20 MHz) i relativno kratke trajanja (60 ... 100 μs). Obrada FM signala korištenjem video-frekvencijskih linija kašnjenja pri prijenosu spektra signala u video-frekvencijsku regiju omogućava dobijanje baze B= 100 na F ≈ 1 MHz, T ≈ 100 μs.

Podudarni filteri sa napunjenim uređajem (CCD) su vrlo obećavajući. Prema objavljenim podacima, korištenjem usklađenih CCD filtera moguće je obraditi PM signale sa bazama od 10 2 ... 10 3 sa trajanjem signala 10-4 ... 10 -1 With. Digitalni korelator na CCD-u je sposoban za obradu signala do baze od 4 ∙ 10 4 .

Slika 2.2 – Više frekvencijasignal i vremensko-frekvencijska ravan

Slika 2.3 - Manipulisano fazamasignal i vremensko-frekvencijska ravan

Treba napomenuti da je preporučljivo obraditi PM signale sa velikim bazama pomoću korelatora (na LSI ili na CCD). Štaviše, B = 4 ∙ 10 4 izgleda da je krajnji. Ali pri korištenju korelatora prije svega je potrebno riješiti pitanje ubrzanog stjecanja sinkronizma.Budući da PM signali omogućavaju široku upotrebu digitalnih metoda i tehnika formiranja i obrade, te je moguće implementirati takve signale sa relativno velikim bazama, onda y FM signali su jedan od obećavajućih tipova NLS-a.

Diskretna frekvencija (DF)signali predstavljaju niz radio impulsa (slika 4a), čije se noseće frekvencije mijenjaju prema datom zakonu. Neka je broj impulsa u DF signalu jednak M, trajanje pulsa je T 0 = T / M, širina njegovog spektra F 0 = 1 / T 0 = M / T. Iznad svakog impulsa (slika 4a) je naznačena njegova noseća frekvencija. Na vremensko-frekvencijskoj ravni (slika 4b), senčenje označava kvadrate u kojima se distribuira energija impulsa DF signala.

Kao što se može vidjeti sa slike 4b, energija DF signala je neravnomjerno raspoređena na vremensko-frekvencijskoj ravni.Baza DF signala

B = FT = M F 0 MT 0 = M 2 F 0 T 0 = M 2 (8)

od baze momenta F 0 T 0 = l ... Iz (8) slijedi glavna prednost DF signala: da se dobije potrebna baza V broj kanala M =, mnogo manje nego za MF signale. Upravo je ta okolnost izazvala pažnju na takve signale i njihovu primjenu u komunikacijskim sistemima. Istovremeno, za velike baze B = 10 4 ... 10 6 nepraktično je koristiti samo DF signale, jer je broj frekvencijskih kanala M = 10 2 ... 10 3 koji se čini prevelikim.

Diskretna kompozitna frekvencija (DFS)signali su DF signali u kojima je svaki impuls zamijenjen signalom sličnim šumu. Na sl. 2.5a prikazuje PM signal video frekvencije, čiji se pojedinačni dijelovi prenose na različitim frekvencijama nosioca. Brojevi frekvencije su naznačeni iznad FM signala. Slika 2.5b prikazuje ravan vremena i frekvencije, na kojoj je distribucija energije DFS signala istaknuta senčenjem. Slika 2.5b se po strukturi ne razlikuje od Sl. 2.4b, ali za sl. 2.5b je ravna površina F 0 T 0 = N 0 -jednak broju impulsa FM signala u jednom frekvencijskom elementu DFSH signala. DFS signalna baza

B = FT = M 2 F 0 T 0 = N 0 M 2 (9)

Broj impulsa kompletnog FM signala N = N 0 M

Rice. 2.4 - Diskretna frekvencijasignal i vremensko-frekvencijska ravan

Prikazano na sl. 2.5 DFS signal sadrži PM signale kao elemente. Stoga će takav signal biti skraćen kao DFS-FM signal. Kao elemente DFS signala mogu se uzeti DF signali. Ako je osnova elementa DF signala B = F 0 T 0 = M 0 2 zatim osnovu cijelog signala B = M 0 2 M 2

Slika 2.5 - Diskretna kompozitna frekvencijasignal sa faznim pomakom DFSH-PM i vremensko-frekventnom ravninom.

Takav signal može biti skraćen kao DSCH-FM. Broj frekvencijskih kanala u DFSH-FM signalu jednak je M 0 M. Ako DF signal (vidi sliku 2.4) i DF-FM signal imaju jednake baze, onda imaju isti broj frekvencijskih kanala. Dakle, DFS-FM signal nema nikakve posebne prednosti u odnosu na DF signal. Ali principi konstruisanja DFS-FM signala mogu biti korisni pri izgradnji velikih sistema DF signala. Dakle, najperspektivniji NLS za komunikacione sisteme su FM, DCH, DSCh-FM signali.

U (t)

f 0 + F / 2

f 0 -F / 2

U 1 (t)

f 0 + F / 2

f 0 -F / 2

U N (t)

U (t)

f 0 + F / 2

f 0 -F / 2

∙ ∙ ∙

∙ ∙ ∙ N

τ 0

U (t)

f 0 + F / 2

f 0 = f 3

f 0 -F / 2

U (t)

f 0 + F / 2

f 0 = f 3

f 0 -F / 2

Uskopojasni i širokopojasni signali. Širokopojasni signali

Linija vidljivosti i princip mobilne mreže

Usmjerenost antene

Tehnologija širokopojasnog signala (BSS)

Metoda direktne sekvence (DSSS)

Metoda skakanja frekvencije (FHSS)

Pogledajte šta je "širokopojasni signal" u drugim rječnicima:

Tutoring

Pošaljite svoj dobar rad u bazu znanja je jednostavno. Koristite obrazac ispod

Slični dokumenti

Top srodni članci