Лекции по Разделению каналов по форме в широкополосных СПИ   

3. Сигналы для РТС ПИ с разделением по форме

3.7. Примеры применения псевдослучайных последовательностей

В заключении следует заметить, что псевдослучайные последовательности нашли применение не только для кодового разделения каналов в системах связи.

По-видимому, раньше всего они начали использоваться для получения псевдослучайного шума в устройствах радиоизмерительной и измерительой техники /19/. Прежде всего это касается М-последовательностей, что обусловлено простотой их генерации.

При увеличении числа разрядов сдвигового регистра m резко возрастает длинна ПСП N=2m-1. Например, при m=20 формируемая в регистре ПСП повторяется только после прохождения 220-1 фактически не коррелированных двоичных цифр. Для интервалов наблюдения, более коротких, чем период ПСП N, законы распределения первого и второго порядков, полученные при ее обработке совершенно идентичны аналогичным законам распределения, которые получаются для истинного шумового случайного процесса, формируемого по схеме Бернулли путем независимой выборки результатов действительных случайных испытаний. В этих испытаниях с равной вероятностью появляются величины и –а. Сумма S из n<m<<2m-1 смежных двоичных цифр (0 или 1), принадлежащих ПСП, во всех имеющих практическую значимость случаях обладает биноминальным распределением, характеризующим ситуацию, когда в n независимых испытаниях получается S благоприятных исходов. Таким образом, используя простые счетчики, можно получать случайные числа с биноминальным или (при больших n) примерно гауссовским распределением. Пропуская псевдослучайный сигнал через ФНЧ с постоянной времени значительно превышающей длительность элемента ПСП τ (но не большей значения m·τ), можно получить сигнал, у которого распределение первого порядка совершенно не отличается от гауссовского.

Спектральная плотность мощности псевдослучайного прямоугольного аналогового сигнала является обязательно линейчатой. Расстояние между спектральными линиями обратно пропорционально длительности периода N·τ /16/. Псевдослучайный шум действует совершенно также, как и белый шум с ограниченным спектром, неравномерность которого не превышает 0,1дБ вплоть до частоты 0,2·π·τ. При помощи формирующих фильтров можно легко трансформировать спектр мощности требуемым образом.

Упрощенная функциональная схема генератора псевдослучайного шума приведена на рис. 3.18. Она позволяет получить шум в цифровом виде, бинарный шумовой сигнал с точной фиксацией уровней (положительного и отрицательного), приблизительно гауссовский шум с заданным спектром мощности и шум с заданным распределением амплитуды.

Генераторы псевдослучайных шумовых сигналов обладают несколькими преимуществами по сравнению с аналоговыми: псевдослучайный шумовой сигнал формируется при помощи надежной цифровой схемы; ширина спектра двоичного шумового сигнала пропорциональна частоте тактовых импульсов; сдвиговый регистр может быть возвращен в исходное состояние, что позволяет точно повторять данную реализацию последовательности случайных событий.

В настоящее время существует большое число разнообразных схем генераторов случайных сигналов, основным элементом которых является генератор ПСП (см., например, /20, 21/).

Рис.3.18. Функциональная схема генератора псевдослучайных сигналов

Широкополосные сигналы, полученные на основе ПСП, широко используются для повышения помехоустойчивости и эффективности связи в каналах с многолучевым распространением радиоволн. До изобретения ШПС для этой цели использовались различные методы разнесенного приема /22/, которые относятся к пассивным методам борьбы с замираниями сигналов.

Активные методы предполагают, во-первых, использование сигналов , специально предназначенных для передачи информации по многолучевым каналам, во-вторых, они предполагают получение более полных данных о свойствах и состоянии канала связи и использование этих данных для повышения эффективности системы связи и улучшения ее помехоустойчивости. Данные о состоянии канала получаются на основании изучения параметров принимаемого сигнала. Такое изучение обычно проводится параллельно с приемом информации, а его результаты используются при обработке сигналов.

Применение активных методов возможно только в широкополосных системах связи.

Главным преимуществом ШПС является то, что они дают возможность разделить пришедший в точку приема суммарный многолучевой сигнал на отдельные нефлюктуирующие лучи – сигналы, пришедшие по каждому из лучей распространения. Это достигается применением для обработки сигнала согласованного фильтра, который, как известно, сжимает широкополосные сигналы во времени в базу раз. При этом основные максимумы сигналов отдельных лучей разделяются во времени. Незначительное изменение задержки одного из лучей не приведет к изменению амплитуды суммарного сигнала (после фильтра). Сместится по времени лишь один из максимумов сигнала.

Ширина основного максимума АКФ сигнала, как известно, равна (F – ширина спектра сигнала). Поэтому для разделения лучей с минимальной разностью времени распространения Δτ необходимо использовать сигналы с F>1/Δτ. Такие же результаты можно получить в многоканальном корреляционном устройстве. Для эффективного разделения лучей ШПС должны обладать хорошими автокорреляционными свойствами.

При разделении лучей появляется возможность эффективно использовать энергию всех лучей, т.к. при этом можно осуществить некогерентное их накопление. Впервые на практике это было реализовано в коротковолновой системе связи «Rake» («Грабли») /23/, в которой применены широкополосные дискретные ЧМ сигналы, полученные на основе М-последовательности. В настоящее время это название системы стало нарицательным; rake – процедура используется, как указывалось выше, в системах с кодовым разделением каналов CDMA.

Последовательности Голда и М-последовательности нашли применение для формирования широкополосных сигналов в спутниковых радионавигационных системах (СРНС), в которых последние используются как для передачи различного рода навигационной информации, так и для кодового разделения сигналов различных спутников. Принципы работы СРНС и построения аппаратуры потребителей достаточно подробно освящено в /24/.



*****

© 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.