1.2. Последовательности для систем связи по технологии DS-CDMA

Сравнительный анализ перспективных систем абонентского радиодоступа на базе технологии DS-CDMA

1.2. Последовательности для систем связи по технологии DS-CDMA

Современные технические разработки позволяют решать широкий спектр вопросов, связанных с созданием сетей абонентского радиодоступа, обеспечением высококачественными услугами связи абонентов различных категорий.

При выборе системы абонентского радиодоступа обычно исходят из нескольких типовых задач, которые решаются с помощью таких систем:

  • предоставление услуг связи или доступа в Интернет;
  • построение территориально-распределенных корпоративных беспроводных сетей;
  • организация магистральных каналов для передачи данных и телефонии.

На потребительском уровне современные системы абонентского радиодоступа должны характеризоваться следующими преимуществами и особенностями:

  • предоставление услуг с качеством, сравнимым с проводным подключением, включая возможность использования модема и факса;
  • возможность предоставления услуг в районах, не имеющих линейно-кабельной сети, а также в регионах, где производство земляных работ затруднено и экономически не оправданно;
  • возможность быстрого разворачивания и наращивания системы;
  • возможность подключения абонента по цифровому интерфейсу;
  • возможность централизованного управления системой.

Несомненно, прибыльное использование огромного потенциала оборудования абонентского радиодоступа требует внимательного изучения технико-экономических характеристик, вопросов развертывания сети, знания тонкостей, связанных с радиораспределением. Выбор оборудования становится в этих условиях непростой задачей, требующей анализа его технических параметров.

Почему DS-CDMA?

Принцип технологии множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA) [1] заключается в расширении спектра исходного информационного сигнала. При этом обеспечивается высокая степень защиты от активных и пассивных помех, что позволяет работать при низких значениях отношения сигнал-шум со значительно меньшей мощностью передаваемого сигнала.

Наиболее широкое распространение получили CDMA-системы с расширением спектра, которое заключается в распределении информационных сигналов по широкой полосе частот.

В DS-CDMA-системе каждой абонентской станции выделяется своя уникальная псевдослучайная кодовая последовательность, отличающая ее от других и одновременно используемая для повышения помехоустойчивости и обеспечения безопасности.

В передатчике узкополосный информационный сигнал умножается на эту псевдослучайную N-символьную последовательность. В эфире такой сигнал занимает полосу частот, значительно превышающую по ширине полосу частот исходного узкополосного сигнала.

При этом использование шумоподобных сигналов с высокой тактовой частотой приводит к тому, что исходный узкополосный сигнал «размазывается» в широкой полосе и становится меньше уровня шума.

В приемнике исходный сигнал восстанавливается с помощью такой же псевдослучайной последовательности (обратная операция). Любые другие сигналы, отличные от исходного, поступающие на данный приемник, воспринимаются как шум.

Технология DS-CDMA нашла применение в средствах связи благодаря таким тактико-техническим характеристикам, как помехозащищенность и помехоустойчивость, неподверженность интерференционным воздействиям и перехвату, низкие уровни радиоизлучений и надежность связи, возможность работы в режиме многолучевого распространения, практические трудности с обнаружением, что удовлетворяет требованиям скрытности и защиты от несанкционированного доступа к передаваемой информации.

Принципы построения сети и особенности оборудования

Система абонентского радиодоступа предназначена для организации беспроводных сетей с архитектурой «точка-многоточка» и обеспечения интегрированного сервиса: телефонии и высокоскоростного доступа в Интернет.

В общем случае архитектура систем фиксированного радиодоступа соответствует организации сотовых сетей с территориальнораспределенным покрытием. Образующим элементом соты является базовая станция (БС) с круговой диаграммой покрытия. Круговая диаграмма может быть разбита по азимуту на сектора.

Как правило, каждый сектор обслуживается устройством БС как таковым и направленной антенной с секторной диаграммой. Таким образом, подобные системы обладают таким важным качеством, как легкая расширяемость и масштабируемость.

Соединения между БС различных сот выполняются с помощью технологий проводного (чаще всего оптические линии связи) или беспроводного доступа (радиорелейные либо радиомодемные линии связи).

Обобщенная схема сети абонентского радиодоступа представлена на рис. 1.

В случае использования нескольких БС, работающих в пересекающихся зонах обслуживания, становится необходимым частотно-пространственное планирование системы.

Возможности пространственного планирования определяются используемыми антеннами. Возможные варианты частотно-пространственного планирования системы представлены на рис. 2, где f1 – f6 — значения несущих частот в каждом секторе.

Значения несущих частот в соседних пространственных секторах должны быть различными, так как на границах секторов происходит перекрытие зон диаграмм направленности антенн. Так, например, для случая а) можно выбрать следующие соотношения частот: f1 = f3 = f5, f2 = f4 = f6, f1 ≠ f2.

При частотно-пространственном планировании системы дополнительно необходимо учитывать рельеф местности, поскольку возможно появление переотраженных лучей от аппаратуры, работающей в других пространственных секторах на той же несущей частоте. Такие переотраженные лучи определяются характеристиками отражающих поверхностей.

Пример частотно-пространственного решения системы для варианта местности, когда есть одиночная отражающая поверхность вблизи места расположения базовых станций, представлен на рис. 3.

Для наиболее эффективного пространственного планирования целесообразно использовать цифровые карты местности развертывания системы и специализированное программное обеспечение, позволяющее осуществлять радиопланирование.

Абонентские станции (АС) предназначены для обслуживания отдельных групп абонентов. Устройства АС имеют внешнюю направленную антенну, которая может быть прикреплена к стене дома или установлена на крыше. Как правило, АС имеют различные пользовательские интерфейсы.

Для телефонии используются абонентские линии (FXS) либо цифровой интерфейс E1. Для передачи данных — Ethernet, Frame Relay с синхронным интерфейсом, ISDN.

Клиентское оборудование (телефонные аппараты, факсимильные аппараты, модемы) подключается к разъемам (интерфейсам) абонентской станции.

В большинстве цифровых систем абонентского радиодоступа для кодирования речи используется либо импульсно-кодовая модуляция речи (ИКМ) со скоростью передачи 64 кбит/c (стандарт ITU-T G. 711), либо адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (АДИКМ) со скоростями передачи 40, 32, 24 и 16 кбит/c (стандарт ITU-T G. 726).

Импульсно-кодовая модуляция речи обеспечивает преобразование речи со скоростью 64 кбит/c по μ-закону и A-закону. В обоих этих методах для достижения 12–13-битного качества PCM на 8 битах используется логарифмическое сжатие.

Адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция — метод аналого-цифрового преобразования, при котором по каналу связи передается не абсолютное значение амплитуды квантованного сигнала, а разность между его текущим и предыдущим значениями.

Системы DS-CDMA: сравнительный анализ

Системы абонентского радиодоступа DS-CDMA, будучи принципиально одинаковыми с точки зрения используемой в них технологии шумоподобного сигнала, тем не менее имеют ряд различий с точки зрения универсальности их ТТХ, возможностей сервиса и применения, а также гибкости.

Для наглядного анализа проведем сравнение наи более ярких представителей систем абонентского радиодоступа DS-CDMA.

С точки зрения возможностей и сервиса авторы считают целесообразным рассмотреть и сравнить по потребительским и эксплуатационным характеристикам три системы абонентского радиодоступа на базе технологии DS-CDMA:

  • AsterPlex российской компании «Кедах Электроникс Инжиниринг» [2];
  • AirLoop компании Alcatel-Lucent (разработка Lucent Technologies) [3];
  • AirSpan AS4020 компании AirSpan Networks [4].

В таблице приведено сравнение этих трех систем по ряду ключевых параметров.

Таблица. Сравнение систем AsterPlex, AirLoop и AirSpan 4020

Рассмотренные системы абонентского радиодоступа позволяют строить сети связи, обслуживающие до нескольких тысяч абонентов в радиусе до 30 км, в том числе в регионах с неблагоприятной для распространения сигнала географией.

Данные системы имеют высокую помехоустойчивость каналов связи как к помехам со стороны других приемопередающих устройств, так и к переотражениям, возникающим из-за ландшафта или городской застройки.

Они предоставляют как чисто телефонные низкоскоростные каналы, так и выделенные каналы передачи данных скоростью до 128 кбит/с. Ввиду того, что это выделенные абоненту каналы, реальная скорость передачи данных в канале не уступает многим широкополосным системам с декларированной пиковой скоростью более 1 Мбит/с.

Конфигурирование абонентских станций по скорости передачи данных осуществляется программным способом, что позволяет придать еще большую гибкость разворачиваемой системе по предоставляемому сервису.

Как правило, основными параметрами при сравнении систем радиосвязи являются пропускная способность и радиус действия. Для удобства сравнения на рис. 4 в графической форме представлены параметры рассмотренных систем.

Как видно из таблицы и рис. 4, система AirLoop уступает системам AsterPlex и AirSpan 4020 как по радиусу действия, так и по максимальной пропускной способности базовой станции.

Максимальная пропускная способность базовой станции AirSpan 4020 существенно выше, чем у аналогов, однако она достижима лишь при минимальном радиусе действия и уменьшается при увеличении расстояния до абонентской станции.

Система AsterPlex, в свою очередь, имеет максимальный радиус действия. Это объясняется тем, что разработчики AsterPlex учли географические особенности России.

Помимо рассмотренных технических характеристик оборудования, авторы считают необходимым указать на еще один фактор, специфичный для нашей страны. Дело в том, что при построении сетей абонентского радиодоступа операторы неизбежно сталкиваются с проблемой оформления частотных разрешений.

Для разных типов оборудования предусмотрен свой порядок получения частотных разрешений. Для работы в любых частотных диапазонах операторы связи должны получить достаточно сложные и многоуровневые разрешения, как частотных служб, так и служб надзора за связью.

Поэтому в России главным фактором, влияющим на скорость внедрения систем абонентского радиодоступа, являются вопросы регулирова ния спектра. На сегодняшний день диапазоны 2,4 и 3,5 ГГц достаточно загружены, и получение разрешений для них может представлять затруднения, особенно в мегаполисах и пригородах.

Наиболее перспективными с точки зрения развития систем абонентского радиодоступа являются диапазоны в районе 5,1–5,8 ГГц.

Заключение

Представленный с данной статье сравнительный анализ позволит оператору сделать выбор в пользу той или иной системы абонентского радиодоступа в зависимости от поставленной задачи.

Литература

  1. Волков Л. Н., Немировский М. С., Шинаков Ю. С. Системы цифровой радиосвязи. Экотрендз, 2005.
  2. www.kedah.ru
  3. www.lucent.com /ссылка утрачена/
  4. www.airspan.com

Источник: https://wireless-e.ru/standarty/ds/

Нпо

1.2. Последовательности для систем связи по технологии DS-CDMA

Принцип работы систем сотовой связи (ССС) с кодовым разделением каналов можно пояснить на следующем примере.

Предположим, что вы сидите в ресторане. За каждым столиком находится два человека. Одна пара разговаривает между собой на английском языке, другая на русском, третья на немецком и т.д.

Получается так, что в ресторане все разговаривают в одно и то же время на одном диапазоне частот (речь от 3 кГц до 20 кГц), при этом вы, разговаривая со своим оппонентом, понимаете только его, но слышите всех.

Так же и в стандарте CDMA передаваемая в эфире информация от базовой станции к мобильной или наоборот попадает ко всем абонентам сети, но каждый абонент понимает только ту информацию, которая предназначена для него, т.е.

русский понимает только русского, немец только немца, а остальная информация отсеивается. Язык общения в данный момент является кодом.

В CDMA это организовано за счет применения кодирования передаваемых данных, если точнее, то за это отвечает блок умножения на функцию Уолша.

В отличие от стандарта GSM, который использует TDMA (Time Division Multiple Access — многостанционный доступ с кодовым разделением канала, т.е. несколько абонентом могут разговаривать на одной и той же частоте, как и в CDMA, но в отличие от CDMA, в разное время), стандарт IS-95 диапазон частот использует более экономично.

CDMA называют широкополосной системой и сигналы идущие в эфире шумоподобными. Широкополосная — потому, что занимает широкую полосу частот.

Шумоподобные сигналы — потому, что когда в эфире на одной частоте, в одно и то же время работают несколько абонентов, сигналы накладываются друг на друга (можно представить шум в ресторане, когда все одновременно говорят).

Помехоустойчивая — потому, что при возникновении в широкой полосе частот(1,23 Мгц) сигнала-помехи, узкого диапазона (

Источник: http://www.siblink.ru/cdma.htm

11.4) Структура сети стандарта cdma2000. Варианты mc-cdma и ds-cdma

1.2. Последовательности для систем связи по технологии DS-CDMA

За счет того, что спектр и качествопредоставляемых сетью CDMA2000 услуграсширились, в структуре сети появилисьнекоторые новые элементы, а функциипрежних претерпели изменение. Нижепредставлены новые элементы сети ирассмотрены их основные функции.

Рисунок 11.4 – Структура сети стандарта CDMA2000http://celnet.ru/CDMA2000.php

Мобильная станция (MS — Mobile Station). Всети CDMA2000 мобильная станция – этоабонентское устройство, не обязательномобильный телефон. Это может бытькакое-либо иное устройство с модулемдоступа к услугам сотовой сети ииспользуемое, например, для доступа всеть Интернет с компьютера.

Мобильная станция взаимодействует сRAN для получения необходимых ресурсовсети с целью доступа к пакетной сети, идалее следит за состоянием выделенныхресурсов (заняты, свободные, режиможидания). MS может буферизировать данныепользователя, если в текущей моменттребуемые ресурсы сети недоступны.

После включения, MS автоматическирегистрируется в сети, и в HLR отмечаетсяее текущее состояние. Эта процедурапроисходит в следующем порядке:

1. Аутентификация MS.

2. Текущее местоположение MS заноситсяв HLR.

3. Далее MSC сообщается набор разрешенныхуслуг сети.

После успешного прохождения указанныхпроцедур мобильная станция можетсовершать ые вызовы и передаватьданные. Последняя услуга может бытьпредоставлена с использованием однойиз двух сетей: с коммутацией пакетовили каналов, в зависимости от того факта:поддерживает ли MS стандарт CDMA2000.

В случаеесли мобильное устройство совместимотолько со стандартом IS-95 (CDMA One) передачаданных возможна лишь через сеть скоммутацией пакетов. При этом скоростьпередачи не будет превышать 19,2 кбит/сек.Если же терминал совместим с IS-2000(CDMA2000), то может быть сделан выбор междудвумя возможными способами передачиданных через сеть оператора.

Скоростьпередачи пакетных данных для сетиCDMA2000 1x может достигать 144 кбит/сек.

Сеть радиодоступа (RAN — Radio Access Network). Сеть радио доступа является входнойточкой абонента во всю сеть оператора,независимо от предоставляемой услуги.

Из-за добавления в сеть оператора новогодомена с коммутацией пакетов на сетьдоступа были возложены новые функции:идентификация абонентов в сети,обслуживание соединений к сети скоммутацией пакетов, проверять правадоступа абонента к запрашиваемомусервису.

Базовая станция (BTS — Base Station Transceiver) –контролирует все действия на радиоинтерфейсе между BTS и MS, а также служитинтерфейсом между сетью и мобильнымиустройствами.

Управление радио ресурсами,например, назначение частотных каналов,разделение сот, управление мощностьюпередачи и т.п. относится к задачамбазовой станции.

В добавление к этому,BTS организует сквозные соединения дляпрохождения трафика между MS и BSC дляобеспечения минимальных временныхзадержек в процессе передачипользовательских данных и сигнализации.

Контроллер базовых станций (BSC — BaseStation Controller) – передает сообщениясигнализации и ые данные междусотами и MSC (Mobile Switching Centre). Кроме того,BSC выполняет некоторые процедурысвязанные с мобильностью абонентов,например, контролирует процедурухэндовера между сотами в случаенеобходимости.

Устройство контроля пакетных соединений(PCF – Packet Control Function) – новый элемент сетиCDMA2000, которого не было в CDMA One. Его главнойзадачей является маршрутизация пакетовмежду BTS и PDSN.

В процессе пакетной сессииPCF будет назначать доступные радиоресурсы для абонентов сети, в соответствиис их потребностями и оплаченным объемомуслуг.

задача PCF заключается впланировании распределения ресурсовсети доступа, включая радио ресурсы,так чтобы они могли быть максимальноэффективно использованы и при этом недопустить снижения качества предоставляемыхуслуг.

Сеть коммутации (NSS (Network Switching System)) непретерпела существенных изменений посравнению с системой CDMA One. В нее такжевходят MSC, который отвечает за установлениеых соединений в системе, а такжеряд регистров (HLR, VLR и др.), в которыххранится информация об абонентах.

Сеть пакетной коммутации (PCN — Packet CoreNetwork). Это совершенно новая система всети сотовой связи, отвечающая запередачу пользовательских пакетов из/ввнешние сети (например Интернет), а такжеза аутентификацию абонентов, назначениеIP-адресов и некоторые другие.

Обслуживающий узел пакетной сети,объединенный с внешним агентом (PDSN/FA –Packet Data Serving Node / Foreign Agent) – это шлюз междусетью радио доступа и внешними пакетнымисетями. Это устройство выполняетследующие функции:

  • управляет соединениями между системой базовых станций и пакетной сетью, включая установление, поддержание и завершение сессий;
  • предоставляет IP-адреса абонентам сети;
  • выполняет маршрутизацию пакетом между сетью оператора и внешними сетями передачи данных;
  • формирует и передает счета за оказанные услуги в систему биллинга;
  • управляет абонентскими услугами, в соответствии с профилями абонентов, полученными из AAA-сервера;
  • проводит аутентификацию самостоятельно. Либо передает запрос на аутентификацию к AAA-сервер.

ААА (Authentication, Authorization, and Accounting) – сервериспользуется для проведения процедураутентификации и авторизации абонентов,а также для хранения абонентских данныхс целью биллинга и выставления счетов.

Домашний агент (HA – Home Agent) предоставляетбесшовный роуминг к другим сетямстандарта CDMA2000. HA– предоставляет якорныйIP-адрес для MS, служащий для передачилюбых пользовательских данных черезисходную сеть. Кроме того, домашнийагент поддерживает регистрацию абонентов,передачу пакетов к PDSN, а также (опционально)создание защищенного соединения.

Варианты MCCDMAи DSCDMA

В проекте cdma2000 предлагаютсядва варианта построения системы: смногочастотной несущейMC-CDMA(MultiCarrierCDMA) и с прямым расширениемспектраDS-CDMA(DirectSequenceCDMA).

В варианте многочастотной CDMAмодулированные символы уплотняются нанескольких несущих с шириной спектра1,25 МГц на каждой поднесущей. Числоподнесущих N может изменяться в зависимостиот ширины спектра (N=1, 3, 6, 9 и 12).

На каждойподнесущей информация передается счиповой скоростью 1,2288 Мчип/с. Такойпринцип построенияcdma2000позволяет эффективно использовать весьрабочий диапазон с шириной полосы 5, 10,15 или 20 МГц. В качестве примера на рис.6.

2 приведены три способа использованияполосы частот при различных вариантахпостроения системыcdma2000.

Рисунок 11.5 – Варианты использования полосы частот 10 МГц при различных вариантах построения системы а) MC-CDMA (N=7) б) DS CDMA (1Х + ЗХ + 3X), где X = 1,25 МГц в) DS CDMA (1X + 6X)http://library.tuit.uz/skanir_knigi/book/enc_mobile_com/mob4.htm

Например, в полосе 10 МГц можно разместить7 каналов по 1,25 МГц (вариант MC-CDMA)или 1 канал с шириной спектра 1,25 МГц и 2канала с шириной спектра 3,75 МГц (вариантDS-CDMA) или 1канал с шириной спектра 1,25 МГц и 1 каналс шириной спектра 7,5 МГц (вариантDS-CDMA)Для обеспечения совместимости с другимисистемами по краям спектра введенызащитные интервалы шириной 625 кГц.

Предлагаемый подход к проектированиюширокополосной системы обеспечиваетне только совместимость с существующимисистемами, но и позволяет гибкоиспользовать полосы частот в эфире,реализуя различные стратегии развертываниясети.

Система cdma2000 обеспечиваетнепрерывный режим передачи, что позволяетснизит пиковую мощность излучаемогосигнала, минимизировать уровень помехи обеспечить возможность работать снизкими скоростями передачи.

Длина кадра составляет 5 и 20 мс припередаче управляющей информации и 20 мспри передаче данных и речи Перемежениеи повторение данных осуществляется повсей длине кадра, что обеспечиваетулучшение качества обслуживания засчет временного разнесения.

Использование более коротких кадровмогло бы снизить задержку при передачеречи, но это привело бы к снижениюпоказателей помехоустойчивостивследствие более короткого интервалаперемежения.

Во втором варианте сигнал передаетсяс расширением спектра на одной несущейс чиповой скоростью, кратной 1,2288 Мчип/с,при этом может быть получен следующийряд скоростей R=Nх 1,2288 Мчип/с, где N =1, 3, 6, 9, 12. Базоваяскорость в проектеcdma2000принята равнойR= 3,6864Мчип/с (N=3).

Источник: https://studfile.net/preview/5240308/page:43/

Технология CDMA особенности и преимущества

1.2. Последовательности для систем связи по технологии DS-CDMA

С. Орлов

Технология CDMA особенности и преимущества

    В выборе технологии сотовой телефонии на рубеже третьего тысячелетия по-видимому появилась определенность.

К концу 1999 года в мире, по данным CDG (CDMA development group), технологию CDMA (Code Division Multiple Access) выбрали 50 млн. абонентов (рис. 1). В том числе, 28 млн. в Азии, 16,5 млн. в Северной Америке и 5 млн. в Латинской Америке.

В Европе, Ближнем Востоке и Африке насчитывается полмиллиона абонентов.

Рис. 1. Рост числа абонентов CDMA в мире

    Такое стремительное развитие технологии доступа с кодовым разделением объясняется ожидаемым увеличением плотности абонентов, устойчивостью к помехам, высокой степенью защищенности передаваемых данных от несанкционированного доступа и лучшими энерго-экономическими показателями.

Упрощенное моделирование показывает, что емкость базовых станций с технологией CDMA в несколько раз больше по сравнению с существующими стандартами сотовой телефонии, в которых используется частотное разделение каналов (NMT, AMPS, TACS).

Реальность, конечно, значительно сложнее, чем идеализированные модели.

    Коротко, преимущества CDMA перед другими системами следующие:

  • емкость базовых станций увеличивается в 810 раз по сравнению с AMPS и в 45 раз по сравнению с GSM;
  • улучшенное качество звука по сравнению с AMPS;
  • отсутствие частотного планирования благодаря использованию тех же самых частот в смежных секторах каждой соты;
  • улучшенная защищенность передаваемых данных;
  • улучшенные характеристики покрытия, позволяющие использовать меньшее количество сот;
  • большее время работы батарей до разрядки;
  • возможность выделения требуемой полосы частот по потребности.

Технические особенности технологии CDMA

    Чтобы сопоставить возможности технологии CDMA, надо привести описание существующих стандартов.

    Advanced Mobile Phone Service (AMPS). В этом стандарте предусмотрено частотное разделение доступа абонентов к базовой станции (FDMA frequency division multiple access).

Каждому каналу выделяется узкая полоса частот (30 кГц), и этот канал назначается одному абоненту. Существует также узкополосный AMPS (NAMPS), в этом стандарте на один канал выделяется только 10 кГц.

В системе TACS (Total Access Communi-cations System) полоса частот, отводимых под один канал, составляет 25 кГц.

    В Северной Америке один оператор владеет в среднем 416 каналами AMPS и занимает полосу 30 кГц Ч 416 » 12,5 МГц.

Очевидно, что те же самые частоты не могут использоваться в прилегающих сотах, поэтому семь сот, образующих «ромашку» используют один частотный план.

Таким образом, для AMPS количество абонентов на одну соту составляет примерно 416/7 = 59. На рис. 2 повторное использование тех же частот показано одинаковыми оттенками.

Рис. 2. «Ромашка» частотного плана AMPS

    Следует отметить, что коэффициент повторного использования частот K = 7 выбран скорее из практических натурных измерений, чем из закона затухания радиоволн в вакууме на свободной поверхности, и учитывает реальное окружение: дома, рельеф и др. На свободной поверхности этот коэффициент был бы несколько больше.

    В Европе широкое распространение получили технологии с временным разделением каналов. В GSM (IS-54) используется 10 частотных каналов и 8 временных слотов, занимающих частотный ствол шириной 200 кГц.

Таким образом, в системе GSM в той же полосе частот 12,5 МГц могут быть размещены 12,5/0,2 = 62 ствола по 200 кГц каждый.

Учитывая, что каждый частотный канал делится на 8 временных слотов, емкость соты составляет 80 абонентов, против 59 в AMPS.

    Технология с кодовым разделением каналов предлагает дальнейшие пути увеличения емкости базовых станций. Ключевой момент использование шумоподобных сигналов. Вместо разделения спектра или временных слотов каждому пользователю назначается фрагмент шумоподобной несущей.

Поскольку ее фрагменты являются квазиортогональными, возникает возможность отвести всю ширину выделенного канала для каждого пользователя.

Благодаря решению проблемы ближней-дальней зоны и динамическому управлению мощностью, распределение частот выглядит, как показано на рис. 3, то есть вся полоса частот 1,25 МГц используется каждым пользователем и она же вновь используется в смежной соте.

Емкость на одну соту определяется балансом между требуемым отношением сигнал/шум для каждого пользователя и фактором сжатия кодовой последовательности.

Рис. 3. Частотный план CDMA

    Количественным показателем качества цифрового приемника является безразмерное отношение сигнал/шум (SNR Signal Noise Ratio)

    Под спектральной плотностью мощности шума в выражении подразумевается последняя для тепловых шумов, а интерференция это взаимное влияние от других абонентов. Значение отношения сигнал/шум определяет отношение количества ошибочно переданных бит к их общему числу.

Это отношение зависит также и от других дополнительных факторов, таких как кодирование и коррекция ошибок в канале, многолучевое распространение и замирания. Для приемников, используемых обычно в коммерческом CDMA, отношение сигнал/шум должно составлять от 3 до 9 дБ.

Энергия, приходящаяся на один бит, и скорость передачи данных связаны следующим соотношением:

    где Ps мощность сигнала.

    Шум плюс интерференционная составляющая это спектральная плотность мощности. Если спектр сигнала имеет равномерное распределение с полосой W, тогда шум плюс интерференционная составляющая спектральной плотности мощности есть:

    где первое слагаемое представляет собой уровень теплового шума приемника (FN = фактор шума приемника).

Переписав выражение для отношения сигнал/шум в терминах скорости передачи данных и ширины занимаемого спектра, получим формулу, связывающую отношение энергии на один бит к мощности шума с мощностью, приходящейся на конкретного пользователя, а также со скоростью передачи данных, суммарной мощно-стью, приходящейся на других пользователей, и шириной занимаемого спектра:

    Эта формула поясняет, что системы с кодовым разделением доступа дают наибольшее преимущество в сетях с высокой плотностью абонентов и высоким трафиком.

Проблема ближней-дальней зоны

    Технология CDMA (и другие системы с расширением спектра) долгие годы не принимались во внимание в подвижных системах беспроводной связи по причине наличия так называемой проблемы ближней-дальней зоны. Поскольку результатом работы приемника в таких системах является свертка принимаемого и опорного сигналов, возникала неоднозначность в идентификации сигнала свертки.

Так, например, боковые лепестки сигнала свертки от близкорасположенного мобильного терминала могут оказаться сравнимыми по амплитуде с основным откликом сигнала свертки от наиболее удаленного терминала. Поэтому другой наиболее важный момент в технологии CDMA: все подвижные терминалы должны создавать вблизи антенны базовой станции примерно одинаковую напряженность поля.

Управление мощностью

    Ключевой момент коммерческого CDMA предельно прост: если испольовать управление мощностью таким образом, чтобы принимаемая мощность от всех удаленных объектов была эквивалентной, то все преимущества расширения спектра становятся реализуемыми. В предположении, что мощность контролируется, шум и взаимное влияние можно выразить соотношением:

N0 + I0 = N0 + (N — 1)P,
N0 = FNkBTO,     (5)

    где N это общее число пользователей. Соотношение сигнал/шум приобретает вид:

    Максимальное число абонентов на базу достигается в том случае, если мощность добавляется ровно настолько, насколько необходимо для обеспечения требуемого отношения сигнал/шум, в точном соответствии с принятым значением вероятности ошибки. Если мы установим значение левой части выражения (6) равным заданному отношению сигнал/шум и решим это выражение относительно N, то получим соотношение для определения емкости базовой станции для CDMA:

    Учитывая, что скорость передачи данных в CDMA 9,6 кбод, получим:

    Или, учитывая, что 15,1 дБ это 5,688, и возводя в квадрат, получим, что число пользователей, приходящихся на одну базовую станцию при соотношении сигнал/шум = 6 дБ, равно 32.

Когда в системе предусмотрен контроль мощности, дизайнер системы или оператор имеет возможность выбрать компромисс между соотношением сигнал/шум и максимальным числом одновременных разговоров.

Отметим еще раз, что соотношение сигнал/шум и количество абонентов взаимосвязаны: если увеличить соотношение сигнал/шум на 3 дБ, то допустимое количество абонентов уменьшится вдвое, то есть до 16. В выражении (8) мы пренебрегли разницей между N и N1. Есть еще некоторые факторы, которые мы не учли.

Емкость соты

    Дискуссия вокруг выражения (8) предполагала только одну ячейку, не учитывая интерференции с соседними. Можно задать вопрос, в чем же мы выигрываем? Емкость изолированной AMPS-ячейки даже больше. На самом деле, ничто не мешает использовать все частотные стволы (по 1,25 МГц) внутри одной соты (сопоставим рис. 2 и рис. 3).

Таким образом, если мы проведем приближенное сопоставление, то для AMPS емкость «ромашки» из семи сот равна произведению числа абонентов на соту (59) на 7, то есть 413. Аналогичная емкость для CDMA равна произведению числа абонентов на соту (32) на число частотных стволов (10) и на число сот (7), то есть 2240.

Отношение емкости CDMA к AMPS составляет 5,4. Однако, если учесть интерференцию с соседними сотами в выражении (3), то это отношение уменьшится до 4,4. Помимо возможности одновременного использования всех десяти частотных стволов, в CDMA применяется секторизация сот.

Это усовершенствование позволяет увеличить сравнительное отношение емкости CDMA и AMPS до 13 раз.

Кодирование речи

    Важным моментом для уменьшения взаимной интерференции каналов от различных абонентов является кодирование речи.Кодирование позволяет существенно уменьшить среднюю мощность передатчика.

    Известно, что человеческая речь это прерывистый источник сигнала. Из измерений фирмы Bell Laboratories следует, что активность речи составляет 3540% от общего ресурса времени. Если использовать этот фактор, то можно еще в два или более раз увеличить емкость сети.

На практике этот коэффициент активности составляет 50% благодаря тому, что в период молчания подвижные и базовая станции должны поддерживать физический канал связи, и мощность не может быть сведена до нуля. Таким образом, преимущество CDMA перед AMPS может достигать 26 раз.

Особенности построения сети CDMA

    Одним из основоположников технологии CDMA является американская фирма QUALCOMM. В США цифровая сотовая система CDMA была стандартизована TIA (Telecom-munication Industry Association) и описана в стандарте IS-95.

Наподобие IS-54, стандарт IS-95 предусматривает совместимость с существующей системой сотовой телефонии AMPS. Для систем, работающих по стандарту IS-95, выделена та же самая полоса частот, что и для AMPS.

Другими словами, CDMA работает «поверх» существующей AMPS.

    Система CDMA дает возможность каждому пользователю внутри соты использовать тот же самый радиоканал и всю выделенную полосу частот. Пользователь в смежной соте использует эту же полосу частот. Система абсолютно не нуждается в частотном планировании.

Для уменьшения за-трат операторов подвижной связи и облегчения перехода от AMPS к CDMA в системе CDMA предусмотрена ширина канала 1,25 МГц, такая же, как и у AMPS.

В отличие от других сотовых систем, трафик одного канала не является постоянной величиной и зависит от ой активности и требований, предъявляемых к сети.

    В IS-95 используются различные типы модуляции для прямого и обратного каналов. В прямом канале базовая станция передает одновременно данные для всех пользователей, находящихся в соте, используя для разделения каналов различные разворачивающие коды для каждого пользователя.

Пилотный код также передается и имеет больший уровень мощности, обеспечивая пользователям возможность синхронизировать частоты. В обратном направлении подвижные трубки отвечают асинхронно, при этом уровень мощности, приходящий к базовой станции от каждой подвижной, одинаков.

Такой режим возможен благодаря контролю мощности и управлению мощностью подвижных трубок по служебному каналу. В IS-95 используется предиктивное линейное кодирование QCELP (Excited Linear Predictive) речи. Она кодируется и сжимается, а скорость потока данных на один канал составляет 9,6 кбод.

Речевой кодек определяет ую активность и в паузах (во время молчания) уменьшает скорость в канале до 1200 бод. Промежуточные значения 2400, 4800 также возможны.

Спецификация частот и каналов

    Для обратного канала IS-95 определяет полосу частот от 824 до 849 МГц. Для прямого канала 869894 МГц. Прямой и обратный каналы разделены интервалом в 45 МГц. Пользовательские данные упакованы в канале с пропускной способностью 1,2288 Мбит/с. Нагрузочная способность канала 128 телефонных соединений со скоростью трафика 9,6 кбод.

Алгоритм расширения спектра для прямого и обратного каналов различаются. В прямом канале пользовательский поток данных кодируется и сжимается в 2 раза. Далее используется алгоритм перестановки битов (в отечественной литературе существует термин перемежение). После этого данные сворачиваются с одной из 64-бит псевдослучайных последовательностей ПСП (функций Уолша).

Каждому мобильному абоненту назначается фрагмент ПСП, с помощью которого его данные будут отделены от данных других абонентов. Ортогональность фрагментов ПСП обеспечивается синхронной кодировкой всех каналов в соте одновременно (а сами по себе фрагменты являются ортогональными).

В системе обеспечен пилотный сигнал (код) для того, чтобы мобильный терминал мог управлять характеристиками канала и выполнять синхронное детектирование. Для глобальной синхронизации сети CDMA в системе используются еще радиометки от GPS-спутников.

В обратном канале использован другой алгоритм формирования спектра, поскольку сигналы от удаленных терминалов достигают базовой станции по различным путям. После предварительного кодирования и сжатия 1/3 и перестановки бит блоки из 6 кодированных символов упаковываются в одну из 64 ортогональных функций Уолша. Таким образом формируется 64-значный сигнал.

Четырехкратное расширение спектра на выходе создает поток 1,2288 Мбит/c. Исходная последовательность 307,2 Кбит/с формируется в соответствии с кодами, определенными для пользователя 242 и базовой станции 215. Сжатие 1/3 и упаковка в функции Уолша приводит к исключительной устойчивости к интерференции.

Улучшенная устойчивость к ошибкам совершенно необходима для обратного канала, так как в нем используется некогерентное детектирование и присутствует интерференция с другими мобильными терминалами внутри соты. Другой важный элемент обратного канала это контроль мощности подвижного терминала. В системе предусмотрено медленное (статическое) управление мощностью и быстрое.

Команды быстрого управления посылаются со скоростью 800 бод и встроены в разговорные фреймы. Без быстрого управления мощностью замирания, связанные с распространением радиоволн в структурах с отражающими объектами (стены домов, металлические конструкции и так далее), привели бы к значительному ухудшению характеристик системы.

Медленное управление мощностью обеспечивает эквивалентное выравнивание расстояний от мобильных терминалов до базовой станции. Для борьбы с многолучевым распространением и подвижный терминал, и базовая станция используют RAKE-приемник, использующий корреляционный прием сигналов. На входе приемника использованы несколько корреляторов, которые сворачивают входную последовательность.

При этом опорный сигнал на разные корреляторы подается с небольшим сдвигом во времени, соизмеримым с разницей по времени при прохождении радиоволн по различным траекториям. Выходные сигналы корреляторов суммируются.

Таким образом, если уровень сигнала свертки от одного из многолучевых сигналов в текущий момент времени оказывается равным нулю (в результате интерференционной картины распределения поля), то свертка от задержанного сигнала будет отличной от нуля. Стандартом IS-95 предусмотрены три коррелятора на входе приемника. Архитектура CDMA предусматривает мягкий «handower». Связь при переходе мобильного терминала из одной соты в другую не разрушается и не прерывается. Мобильный терминал объединяет два сигнала от двух базовых станций наподобие того, как он объединяет два сигнала от одной базовой станции, приходящих по различным траекториям.

Прямой CDMA-канал

    Прямой канал CDMA состоит из пилотного сигнала, канала синхронизации, до семи пейджинговых каналов и до 63 каналов трафика.

Пилотный сигнал дает возможность мобильному терминалу принимать временные метки, обеспечивая фазовую синхронизацию для когерентного детектирования.

По пилотному сигналу мобильные терминалы получают возможность определять относительные уровни сигналов от каждой базовой станции и принимают решение, когда и к какой базовой станции лоцироваться.

Канал синхронизации передает синхросигналы мобильным терминалам со скоростью 1200 бод. Пейджинговые каналы используются для передачи контрольной информации и других сообщений и работают со скоростью 9600, 4800, 2400 бод. Прямой канал трафика передает любые пользовательские данные со скоростью 9600, 4800, 2400, 1200 бод.

    Данные в прямом канале трафика группируются в фрейм длительностью 20 мс. Пользовательские данные по-сле предварительного кодирования и форматирования перемежаются с целью регулирования текущей скорости передачи данных, которая может изменяться. Затем спектр сигнала расширяется путем свертки с функцией Уолша и псевдослучайной последовательностью до значения 1,2288 Мбит/с.

Подканал контроля мощности

    Для минимизации количества ошибок IS-95 предусматривает контроль выходной мощности каждой трубки. Базовая станция по обратному каналу принимает и оценивает напряженность поля от каждой трубки и информирует мобильный терминал о необходимости уменьшить/увеличить мощность.

    Поскольку мощность, принимаемая базовой станцией определяется и расстоянием до мобильной, и интерференцией в канале связи (а нули и пучности располагаются на близком расстоянии в интерференционной картине), то базовая станция посылает сигналы контроля мощности через каждые 1,25 мс.

Сигнал управления мощностью посылается мобильному терминалу в прямом подканале контроля. Этим сигналом предписывается увеличить или уменьшить мощность на 1 дБ. Если уровень сигнала мал, то в прямом подканале контроля передается «0», предписывая тем самым увеличить мощность, и наоборот.

Биты контроля мощности вставляются после скремблированых данных.

    В интервале 1,25 мс передаются 24 символа данных, и IS-95 позволяет использовать 16 возможных позиций для передачи бита контроля мощности.

Эти позиции расположены в начале, и любой из первых 16 бит может быть битом контроля мощности. 24 бит для дециматора длинного кода используются для скремблирования данных в интервале 1,25 мс.

И по-следние 4 бита из 24 определяют позицию бита контроля мощности.

Обратный CDMA-канал

    Пользовательские данные в обратном канале сгруппированы в фреймы длительностью 20 мс.

Все данные в обратном канале кодируются сворачивающим кодеком, перемежаются и кодируются 64-значной ортогональной последовательностью. До передачи происходит расширение спектра.

Процедуры перемежения, ортогональной модуляции, расширения спектра похожи на аналогичные для прямого канала, поэтому их описание опущено.

Технология CDMA в системах радиодоступа

1.2. Последовательности для систем связи по технологии DS-CDMA

Основная идея CDMA заключается в том, что в одной и той же полосе частот подбирается комбинация сигналов, свободных в точке приема от взаимных влияний друг на друга.

Исходящий от абонента сигнал смешивается с одной из этих комбинаций (помечается кодом) — в итоге формируется и передается через канал широкополосный сигнал с распределенной энергией.

Ясно, что принять информацию можно, только зная последовательность, на которую был перемножен полезный сигнал при передаче, -в противном случае он будет восприниматься как шум (отсюда и название -«шумоподобный сигнал»).

Из этого следует, что сигналы от двух абонентов, находящихся в зоне действия одной базовой станции и работающих на общей частоте, но с разными кодирующими последовательностями, практически не создают помех друг для друга.

Поскольку CDMA — это чисто цифровая связь, к тому же использующая широкополосную модуляцию сигнала, то она практически не подвержена узкополосным помехам и несанкционированному доступу к информации.

Еще одним из широко провозглашенных преимуществ CDMA перед другими системами является более эффективное использование выделенного частотного ресурса. Например, по сравнению с AMPS эффективность CDMA может быть выше в 30 раз.

Эту эффективность можно проанализировать с помощью теоремы Шеннона, но предельное или близкое к 100% использование частотного ресурса пока недостижимо, что можно объяснить тем, что любой метод многостанционного доступа уступает по суммарной пропускной способности таким технологиям, в которых в отведенной полосе организован один скоростной канал, занимающий всю полосу.

Это также касается и CDMA: вследствие того что все каналы используют один и тот же частотно-временной ресурс, то и здесь имеется источник взаимных помех.

Технологии CDMA, использующие сигналы с расширенным спектром, обычно обозначаются термином SSMA (Spread Spectrum Multiple Access). Системы этого класса условно делятся на две группы — «чистые» и гибридные (рис. 3).

«Чистыми» методами доступа являются DS-CDMA, FH-CDMA и TH-CDMA; к гибридным (с разными комбинациями методов расширения спектра) можно отнести DS/FH, DS/TH, FH/TH и DS/FH/TH.

Гибридные методы позволяют получить новые специфические характеристики радиосистемы, которые не обеспечиваются каждой из их составляющих в отдельности.

Следует отметить, что под термином «гибридный» в предлагаемой классификации подразумевается сочетание методов расширения спектра и многостанционного доступа

В настоящее время известны три основных метода расширения спектра: DS (Direct Sequence) — прямая последовательность, FH (Frequency Hopping) — скачкообразная перестройка частоты и TH (Time Hopping) — псевдослучайная перестройка во времени. Соответственно существуют три способа передачи сигнала с расширением спектра: DS-SS, FH-SS и TH-SS.

Системы DS-CDMA

Один из наиболее широко применяемых сегодня на практике способов формирования ШПС, который называется методом прямого расширения спектра путем фазовой модуляции несущей определенной кодовой последовательности (DS-SS — Direct Sequence Spread Spectrum), был изобретен американскими специалистами Дж. Г. Грином и М. Г. Никольсоном в 1957 г.

Ими был предложен метод построения бинарной кодовой последовательности с хорошими корреляционными свойствами. Позже было выполнено значительное число работ, посвященных синтезу подобных псевдослучайных последовательностей с помощью регистров сдвига. К первым теоретическим разработкам в этом направлении относятся исследования С. Голомба (1955 г.) и Н.

Цирлера (1959 г.)

Метод прямой последовательности (DS) — это модуляция несущей информационным сигналом с последующей модуляцией широкополосным расширяющим сигналом. В качестве широкополосного сигнала, как правило, используются случайные или псевдослучайные последовательности (ПСП).

Разница между ними заключается в следующем: случайная последовательность непредсказуема и может быть описана только в статистическом смысле.

А ПСП на самом деле не является случайной — это детерминированная периодическая последовательность, воспринимаемая передатчиком и приемником. Тому, кто не знаком с данным видом ПСП, она покажется абсолютно случайной.

Такие системы нашли свое применение в системах подвижной сотовой связи (например, стандарт IS-95), в фиксированном абонентском радиодоступе (WA) и других системах связи.

Системы FH-CDMA

Идея реализации скачкообразной перестройки частоты, или многочастотной модуляции с кодовым управлением синтезатором частот, впервые возникла при построении систем военной связи. Системы FH-CDMA обеспечивают высокую помехозащищенность и низкую вероятность перехвата.

Принцип скачкообразной перестройки частоты в CDMA-системах воплощается следующим образом. Любой бит передается в виде комбинации из N частот, где N — размерность базиса частот, причем на каждой частоте передается своя псевдослучайная последовательность (ПСП). В течение заданного временного интервала Т несущая остается неизменной, а по его истечении она скачкообразно изменяется.

Алгоритм переключения частоты несущей для каждого абонента индивидуален, благодаря чему возможна одновременная работа большого числа абонентов в общей полосе частот. Полный набор используемых частот может быть достаточно велик, однако в каждый заданный алгоритмом интервал времени мобильная станция излучает только на одной частоте.

По сравнению с классическим методом расширения спектра прямой последовательностью DS, в соответствии с которым сигнал передается в широкой полосе частот и имеет малый уровень мощности, при использовании FH-CDMA мощность излучения сигнала гораздо выше, а занимаемый в эфире участок спектра значительно уже. Это позволяет обеспечить лучшую, чем в системах DS-CDMA, защиту от узкополосных помех.

При наличии широкого набора рабочих частот вероятность одновременной передачи информации от двух абонентов на одной и той же частоте достаточно мала. Отсюда вытекают и главные достоинства технологии FH-CDMA: более высокая помехоустойчивость и меньшая чувствительность к разбросу мощностей мобильных станций.

Кроме того, системам на базе FH-CDMA не нужен сплошной участок спектра: изменяя алгоритм перестройки, можно исключить из спектра те частоты, работа на которых запрещена.

Системы TH-CDMA

Метод расширения спектра с временной перестройкой TH-CDMA состоит в следующем. Информационный сигнал сжимается во времени и передается в виде коротких пакетов в случайные моменты времени, определяемые специальной кодовой последовательностью ПСП.

Временная ось при использовании TH-CDMA сегментируется на кадры длительностью Т, каждый из которых состоит из М временных интервалов длительностью Т/М. В течение одного кадра информация передается только в одном из временных интервалов (и этим TH-CDMA напоминает способ импульсной временной модуляции).

Очевидно, что ширина полосы частот, необходимая для реализации TH-CDMA, должна быть гораздо больше, чем при DS-CDMA, а конкретно — в М раз. Снижение взаимных помех в системах TH-CDMA достигается за счет выделения абонентам различных временных интервалов.

Корректирующие коды, конечно, повышают помехоустойчивость, но не гарантируют правильного восстановления полезного сигнала.

Защита систем TH-CDMA от внешних помех обеспечивается самой основой метода. Поскольку сигнал TH-CDMA сжат во времени, т.е. излучается лишь в интервале, равном 1/В (В -база сигнала), при приеме он обрабатывается в течение такого же короткого промежутка времени, поэтому мешающий сигнал будет уменьшен также в В раз.

Что же касается защиты от перехвата, то, хотя частота, на которой передаются данные, и является фиксированной, сам момент начала передачи неизвестен, а потому приемнику перехвата трудно определить начало и конец этой передачи, а самое главное — выяснить, какому абоненту принадлежит излучаемый сигнал.

Данный метод наиболее предпочтителен в тех системах, где ограничена средняя, а не пиковая мощность передатчика.

Метод прямой последовательности для расширения спектра (DSSS — англ.

direct sequence spread spectrum) — широкополосная модуляция с прямым расширением спектра, является одним из трёх основных методов расширения спектра, используемых на сегодняшний день (см. методы расширения спектра).

Это метод формирования широкополосного радиосигнала, при котором исходный двоичный сигнал преобразуется в псевдослучайную последовательность, используемую для модуляции несущей. Используется в сетях стандарта IEEE 802.11 и CDMA для преднамеренного расширения спектра передаваемого импульса.

Метод прямой последовательности (DSSS) можно представить себе следующим образом. Вся используемая «широкая» полоса частот делится на некоторое число подканалов — по стандарту 802.11 этих подканалов 11.

Каждый передаваемый бит информации превращается, по заранее зафиксированному алгоритму, в последовательность из 11 бит, и эти 11 бит передаются как бы одновременно и параллельно (физически сигналы передаются последовательно), используя все 11 подканалов.

При приёме, полученная последовательность бит декодируется с использованием того же алгоритма, что и при её кодировке. Другая пара приёмник-передатчик может использовать другой алгоритм кодировки — декодировки, и таких различных алгоритмов может быть очень много.

Первый очевидный результат применения этого метода — защита передаваемой информации от подслушивания («чужой» DSSS-приёмник использует другой алгоритм и не сможет декодировать информацию не от своего передатчика).

При этом сильно уменьшается отношение уровня передаваемого сигнала к уровню шума, (то есть случайных или преднамеренных помех), так что передаваемый сигнал уже как бы неразличим в общем шуме. Но благодаря его 11-кратной избыточности принимающее устройство все же сумеет его распознать.

Еще одно чрезвычайно полезное свойство DSSS-устройств заключается в том, что благодаря очень низкому уровню мощности своего сигнала они практически не создают помех обычным радиоустройствам (узкополосным большой мощности), так как эти последние принимают широкополосный сигнал за шум в пределах допустимого. И наоборот — обычные устройства не мешают широкополосным, так как их сигналы большой мощности «шумят» каждый только в своем узком канале и не могут целиком заглушить весь широкополосный сигнал.

Использование широкополосных технологий дает возможность использовать один и тот же участок радиоспектра дважды — обычными узкополосными устройствами и «поверх них» — широкополосными.

В каждый передаваемый информационный бит (логический 0 или 1) встраивается последовательность так называемых чипов.

Если информационные биты — логические нули или единицы — при потенциальном кодировании информации можно представить в виде последовательности прямоугольных импульсов, то каждый отдельный чип — это тоже прямоугольный импульс, но его длительность в несколько раз меньше длительности информационного бита. Последовательность чипов представляет собой последовательность прямоугольных импульсов, то есть нулей и единиц, однако эти нули и единицы не являются информационными. Поскольку длительность одного чипа в n раз меньше длительности информационного бита, то и ширина спектра преобразованного сигнала будет в n раз больше ширины спектра первоначального сигнала. При этом и амплитуда передаваемого сигнала уменьшится в n раз.

Чиповые последовательности, встраиваемые в информационные биты, называют шумоподобными кодами (PN-последовательности), что подчеркивает то обстоятельство, что результирующий сигнал становится шумоподобным и его трудно отличить от естественного шума.

Используемые для уширения спектра сигнала чиповые последовательности должны удовлетворять определённым требованиям автокорреляции. Под термином автокорреляции в математике подразумевают степень подобия функции самой себе в различные моменты времени.

Если подобрать такую чиповую последовательность, для которой функция автокорреляции будет иметь резко выраженный пик лишь для одного момента времени, то такой информационный сигнал возможно будет выделить на уровне шума.

Для этого в приёмнике полученный сигнал умножается на ту же чиповую последовательность, то есть вычисляется автокорреляционная функция сигнала.

В результате сигнал становится опять узкополосным, поэтому его фильтруют в узкой полосе частот и любая помеха, попадающая в полосу исходного широкополосного сигнала, после умножения на чиповую последовательность, наоборот, становится широкополосной и обрезается фильтрами, а в узкую информационную полосу попадает лишь часть помехи, по мощности значительно меньшая, чем помеха, действующая на входе приёмника (если не используется приёмник с алгоритмом Боцмана).



Источник: https://infopedia.su/17x3739.html

Scicenter1
Добавить комментарий