Лекции по Разделению каналов по форме в широкополосных СПИ   

3. Сигналы для РТС ПИ с разделением по форме

3.1. Классификация широкополосных сигналов

При выборе ансамбля сигналов для ААСС обычно принимают во внимание следующие свойства широкополосных сигналов:

объем ансамбля и база сигналов,

корреляционные и взаимные корреляционные свойства сигналов,

правило формирования сигналов ансамбля,

техническая реализация генераторов ШПС и устройств их обработки.       

В ААСС объем ансамбля сигналов определяется прежде всего числом абонентов в системе. Как указывалось в предыдущих главах, объем ансамбля сигналов должен быть равен числу абонентов или превышать его в 2 раза. При необходимости обеспечения «многоадресности» абонентов (см. §1.1) объем ансамбля должен быть увеличен на порядок и более.

База сигнала, в ААСС обычно значительно превосходящая 1, определяется допустимым уровнем внутрисистемных помех. Как было показано в §2.1, с увеличением базы уровень внутрисистемных помех уменьшается. Кроме того, при большой базе можно обеспечить режим скрытой связи, когда сигнал находится «под шумом». Величина базы определяет также объем ансамбля.

Корреляционные и взаимные корреляционные свойства сигналов - одни из основных характеристик, которые определяют возможность использования того или иного ансамбля сигналов. Взаимные корреляционные функции должны иметь «малые» значения максимальных и боковых выбросов, в некоторых случаях достаточно нормализации распределения значений ВКФ с малой дисперсией. Корреляционные и взаимные корреляционные функции – это временные характеристики сигналов, определяющие степень зависимости сигналов при различных временных сдвигах. Сигналы еще характеризуются частотной корреляционной функцией /2, 16/, определяющей степень связанности сигналов при частотном сдвиге. В пространстве над плоскостью (время-частота) временная и частотная корреляционные функции образуют поверхность, которая называется поверхностью (функцией) неопределенности /16, 18/. Частотные корреляционные функции приобретают очень важное значение при связи с объектами, движущимися с большой скоростью, например, в спутниковых системах связи.

Для обеспечения простоты технической реализации генератора ШПС следует использовать регулярные методы формирования сигналов, т.е. в соответствии с каким-то правилом. Для ААСС важна не только простота технической реализации самого генератора, но и простота и оперативность смены сигнала, перехода на другой адрес.

По характеру изменения сигнала во времени можно разделить ШПС на сигналы с аналоговой и дискретной модуляцией (амплитудной, фазовой, частотной). Среди сигналов с аналоговой модуляцией широко известны сигналы ЛЧМ - с линейной частотной модуляцией, у которых  несущая частота в течение длительности Т меняется по линейному закону (рис.3.1). Эти сигналы несложно генерировать, но они имеют малый объем ансамбля: сигналы могут различаться только девиацией частоты. В силу этого ЛЧМ - сигналы в ААСС находят очень ограниченное применение и далее рассматриваться на будут.

Рис. 3.1. ЛЧМ - сигнал

В ААСС широко используются сигналы с дискретной модуляцией - манипулированные по фазе, амплитуде и частоте.

                Фазо- и амплитудно – манипулированные сложные сигналы часто формируются с использованием двоичных псевдослучайных последовательностей (ПСП), которые манипулируют по фазе или амплитуде несущую (поднесущую) частоту. На рис. 3.2 представлены примеры АМ и ФМ сложных сигналов. База сигнала B=FT  определяется длиной последовательности N. Действительно, спектр сигнала определяется длительностью элемента последовательности F=1/τЭ. В течении длительности сигнала Т укладывается N  элементов, т.е. τЭ=T/N и F=N/T, а В=N. На рис. 3.2 в ПСП используется 7 элементов, и база АМ и ФМ сложных сигналов В=7.

В передатчике AM и ФМ сложные сигналы получить довольно просто (рис.3.3.). На один вход перемножителя подается двоичная последовательность с генератора ПСП, а на другой – поднесущая частота. При AM двоичная последовательность представляется в виде последовательности 1 и 0, а при ФМ - двоичная последовательность должна быть преобразована в последовательность символов +1 и -1. Для этих видов сигналов техническая реализация генератора ШПС будет определяться в основном технической реализацией генератора псевдослучайной последовательности.

Рис.3.2. АМ- и ФМ – сложные сигналы

Рис.3.3. Формирователь сложного АМ- или ФМ - сигнала

Корреляционные функции AM и ФМ сложных сигналов определяются корреляционными функциями манипулирующих последовательностей. На рис.3.4 представлен процесс вычисления корреляционной функции AМ и ФМ сложных сигналов, манипулированных двоичной последовательностью 1110010 и сдвинутой на три элемента 0010111 последовательности.

Значения корреляционной функции получаем на выходе интегратора в момент t=T. Как видно из рис.3.4, на выходе перемножителя будут аналогичные сигналы и для манипулированных сигналов, и для ПСП. Отличие будет в абсолютном уровне сигналов. Оно будет проявляться на выходе интегратора в незначительном уменьшении напряжения в момент отсчета t=T  для манипулированных сигналов (примерно 20 %). Относительные же соотношения между значениями КФ сохраняются.

Рис.3.4. Процесс вычисления корреляционных функций сложных сигналов.

Поэтому, рассматривая КФ сложных AM или ФМ сигналов, достаточно анализировать корреляционные функции манипулирующих последовательностей.

Следует также отметить, что для подобных сигналов достаточно вычислить КФ в дискретных точках  iτЭ. В остальных точках значения  получаются путем соединения вычисленных значений в дискретных точках прямыми линиями.

Фазоманипулированные сложные сигналы находят более широкое применение чем АМ – сигналы в силу более эффективного использования пиковой мощности передатчика и более высокой помехоустойчивости. Поэтому в дальнейшем при рассмотрении ПСП и их свойств ограничимся двоичными последовательностями, состоящими из элементов +1 и -1.

Сигналы с дискретной частотной модуляцией, называемые также дискретно-частотными сигналами (ДЧ – сигналы), получаются в результате скачкообразного изменения частоты несущей по какому-то закону в заданном диапазоне частот. Закон, или программа перестройки частоты, известен на передающей и приемной сторонах. На рис.3.5 представлен один из вариантов ДЧ - сигнала.

Рис.3.5. Дискретно-частотный сигнал

Сигнал длительностью Т состоит из М элементов, каждый из которых передается на своей частоте. Обычно используются М частот и М временных позиций, элементов сигнала. Основным преимуществом ДЧ - сигнала является получение большой базы при относительно небольшом числе элементов.

В интервале времени Т укладывается М временных элементов; каждый элемент длительности Т/М передается на своей частоте, ширина спектра при этом равна F1=1/τЭ=М/Т.

Весь сигнал имеет спектр в М раз шире, так как используется М различных частот: F=M·F1. База ДЧ - сигнала

.                                     (3.1)

                При числе элементов М=10 база сигнала будет равна В=100, а для получения базы В=103   следует использовать сигнал, состоящий примерно из 30 элементов.

Одна из возможных схем формирования ДЧ - сигнала представлена на рис.3.6 /16/ .

Рис.3.6. Формирователь ДЧ – сигнала

Генератор тактовой частоты (ГТЧ) синхронизирует работу генератора сетки частот (ГСЧ) и генератора числовой последовательности (ГЧП). Генератор числовой последовательности выдает случайную последовательность чисел от 0 до M-1, которые подаются на управляющий вход цифрового коммутатора (Комм); цифровой коммутатор ставит в соответствие каждому числу заранее определенный сигнал сетки частот. Синхронизация генератора сетки частот и генератора числовой последовательности позволяет получить сигнал на выходе цифрового коммутатора без скачков фазы. Сравнение рис. 3.6 и 3.3 показывает, что для формирования ДЧ - сигнала используется более сложное устройство. ДЧ - сигналы изучены недостаточно полно. Для оценки корреляционных свойств ДЧ - сигналов можно привести следующие данные, полученные в /23/. При ограничении выбросов ВКФ и боковых выбросов КФ значением 1/M объем ансамбля сигналов будет небольшим - порядка М. Увеличение объема ансамбля приведет к увеличению боковых выбросов КФ. Однако благодаря положительному свойству обеспечивать большую базу при относительно небольшом числе элементов ДЧ - сигналы привлекают внимание специалистов. Основной проблемой, которая требует своего разрешения   является получение большого ансамбля сигналов с «хорошими» корреляционными свойствами.

Для увеличения объема ансамбля с сохранением корреляционных свойств используются комбинированные методы модуляции, например, частотная и фазовая, частотная и амплитудная и т.д. Для получения ДЧ-ФМ сложного сигнала каждый элемент ДЧ - сигнала манипулируется по фазе ПСП длиной N. База сигнала будет B=M2·N, при этом следует ожидать значительного уменьшения значений боковых выбросов.

Итак, в AAСC наибольшее применение находят ФМ сложные сигналы. Поэтому дальнейшее изложение будет касаться двоичных последовательностей, состоящих из элементов +1 и -1. Будут рассмотрены последовательности, которые при относительной простоте генерации позволяют обеспечить большие базы и большие ансамбли с «хорошими» корреляционными свойствами.



*****
© Банк лекций Siblec.ru
Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.