3  Принцип построения системы с прямым расширение спектра

Рассмотрим принцип работы системы связи с расширенным спектром, использующей метод прямого расширения спектра, для чего приведем концептуальную  схему построения такой системы:

Цифровой информационный сигнал x(t) вначале поступает на первый модулятор, представляющий собой умножитель с кодовым сигналом  g(t) (это сумматор по модулю 2)

В результате получается сигнал , который равен: , где:

X(t)-информационный 2-х уровневый сигнал имеющий 2 состояния: +1, -1 и с частотой следования импульсов: fи=1/Ти

g(t)-это кодовый сигнал, так же представляющий  собой 2-х уровневый сигнал, но следующий с частотой импульсов fк=1/Тк, причем Ти>>Тк, а fк>>fи

Таким образом  является по сути сигналом с расширенным спектром. Его формирование поясним изобразив упрощенные временные и спектральные диаграммы исходного и результирующего сигналов, учтя при этом 2 обстоятельства:

1)      Присвоение значений импульсов соответствующим бинарным значениям выполняется следующим образом:

Значение импульсов	Бинарное значение
+1	0
-1	1

 

2)      суммирование по модулю 2 соответствует:

0+0=0

0+1=1

1+0=1

1+1=0

 

Рисунок:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При расширении данных информационного сигнала мы умножаем данные символ за символом на одинаковые в течении длительности символа кодовые чипы, в данном случае их 5. Умножение каждого символа на 5 чипов в итоге приводит к расширению исходного спектра информационного сигнала на коэффициент=5. Далее сигнал поступает на 2-ой модулятор, где производится модуляция сигнала несущей частотой ωо двоичным сигналом  с расширенным спектром , следовательносигнал на выходе модулятора будет: , где:

ωо- несущая частота

-амплитуда

-мощность сигнала

 

На приеме демодуляция производится с помощью вычисления корреляции или другими словами повторной модуляции принятого сигнала синхронизированной копии кодового сигнала , где

-это оценка приемника величины задержки во времени Td распространения сигнала между передатчиком и приемником.

В случае отсутствия помех и других сигналов с расширенным спектром после демодуляции такой сигнал коррелятора может быть записан как:

, где:

-амплитудный множитель

L-потери при распространении сигнала

Соответственно на выходе коррелятора имеем:

При

 

Произведение , при , т.е. если кодовый сигнал в приемнике точно синхронизирован с кодовым сигналом передатчика будет =1, т.к. бинарное значение g(t)g(t)=0

При такой точной синхронизации на выходе коррелятора будем иметь суженый сигнал модулированный данными (см.рисунок)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При наличии помехи, а так же других сигналов с расширенным спектром, сигнал на входе коррелятора будет представлять из себя:

, где:

М-число одновременно передающих (активных) пользователей в системе связи

-i-ый кодовый сигнал

- i-ый информационный сигнал

I(t)-помеховый сигнал.

На входе умножителя будем иметь:

Сделаем следующие предположения:

1)      Помеховый сигнал I(t) является узкополосным, т.е. имеет ширину спектра значительно меньше , чем ширина спектра промодулированного информационного сигнала

2)      Кодовые сигналы точно синхронизированы в приемнике и и передатчике, т.е. 

3)      Кодовый сигнал является строго (квази) ортогональны сигналом, т.е результирующее значение импульса:

При этих условиях на выходе умножителя коррелятора будем иметь:

Изобразим упрощенные спектральные  диаграммы сигнала r(t), представляющие собой смесь из информационного сигнала и узкополосной помехи:

Рисунок

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

После выхода умножителя устанавливается узкополосный фильтр, пропускающий лишь модулированный полезный сигнал, поскольку сигнал помехи после умножителя будет широкополосным, с шириной спектра превышающей граничное значение полосы пропускания фильтра

Заключение:

В системах связи , основанных на технологии CDMA импульсы двоичных сигналов (информационного и кодового) в зависимости от процесса преобразования принято называть битами, символами или чипами. Для пояснения приведем теперь уже обобщенную схему формирования сигнала с расширенным спектром в типичной системе  связи CDMA:

Кратко приведем назначение этих функциональных блоков:

1)      на передающей стороне:

а) вокодер- переводит информацию (сообщение) в цифровую форму, осуществляя при этом сжатие(кодирование) сигнала и ликвидирование тем самым избыточность речевого сообщения(в случае передачи данных этот функциональный блок отсутствует, т.к. информация уже  представлена в цифровом виде)

б) Кодек- осуществляет кодирование информационного сигнала, добавляя избыточность, и тем самым повышая помехоустойчивость передаваемого сигнала, позволяя исправлять одиночные ошибки при приеме

в) Перемножитель-осуществляет процесс перестановки символов в кодированной последовательности, позволяя тем самым исправлять пакеты ошибок при приеме

г) Скремблер- осуществляет шифрование(скремблирование) цифровой последовательности уникальным неповторимым кодом, что в свою очередь позволяет различать абонентов друг от друга в системе связи CDMA и увеличить защищенность каналов связи от несанкционированного доступа

д) расширение спектра и каналообразование

В этом блоке осуществляется преобразование сигнала путем управляемого расширения его полосы частот , расширение производится при помощи специальных кодовых сигналов, вид и число которых в свою очередь определяет вид и число каналов в системе СDMA

е) модулятор- осуществляет процесс модуляции сигнала несущей частотой  двоичным цифровым информационным сигналом

 

2)      на приемной стороне функциональные блоки осуществляют обратную задачу аналогичную блокам на передающей стороне