Глава 1. Системы радиосвязи с расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты: общие принципы1.1. Краткая характеристика расширения спектра сигналов методом ППРЧ1.1.1. Основные принципы и методы расширения спектра сигналовВ случае, когда перед исследователями и разработчиками систем радиосвязи (СРС) встает проблема обеспечения надежной связи в условиях организованных и непреднамеренных помех, многолучевого распространения радиоволн, а также осуществления многостанционного доступа при работе в пакетных сетях радиосвязи, наилучшие результаты могут быть получены при использовании в СРС сигналов с расширением спектра [1-17]. Основные принципы известных методов расширения спектра сигналов, адекватно отражающие их физическую сущность, приведены в [4]: ...расширение спектра сигнала есть способ передачи, при котором сигнал занимает полосу частот более широкую по сравнению с полосой, минимально необходимой для передачи информации; расширение полосы частот сигнала обеспечивается специальным кодом, который не зависит от передаваемой информации; для последующего сжатия полосы частот сигнала и восстановления данных в приемном устройстве также используется специальный код, аналогичный коду в передатчике СРС и синхронизированный с ним... Таким образом, способ передачи информации с расширением спектра заключается: на передающей стороне – в одновременной и независимой модуляции параметров сигнала специальным кодом (расширяющей спектр функцией) и передаваемым сообщением; на приемной стороне – в синхронной демодуляции сигнала в соответствии с расширяющей спектр функцией и восстановлении переданного сообщения [3]. Несмотря на то, что принципы расширения спектра сигналов в общем виде были известны уже в 20-30-х годах XX века, теоретической базой для разработки СРС с такими сигналами стала фундаментальная формула К.Е. Шеннона
которая, характеризуя предельные возможности гауссовского канала, кардинальным образом расширяет представление о возможности передачи информации по каналам радиосвязи с ограниченным по полосе аддитивным белым гауссовским шумом (АБГШ). Так, из (1.1) следует, что пропускная способность При малых отношениях сигнал-помеха
где 1,44 - модуль перехода от двоичных логарифмов к натуральным; в случае больших отношений
Предельное значение пропускная способность
где Выражение (1.2в) указывает на то, что в канале с шумами даже в предельном случае при Если пропускная способность Методы расширения спектра могут базироваться на изменении (модуляции) амплитуды, фазы, частоты и временного положения (задержки) сигнала в соответствии со специальным кодом, формируемым на основе псевдослучайной последовательности. Однако амплитудная модуляция для формирования сигнала с расширением спектра, как правило, не применяется, так как при этом получается сигнал с большим значением пиковой (мгновенной) мощности, который достаточно легко обнаруживается простыми приемниками станций радиотехнической разведки (РТР) [7]. Из-за недостаточной помехозащищенности самостоятельное применение в СРС не находит и метод расширения спектра за счет модуляции временного положения (задержки) сигнала, так называемый метод псевдослучайной время-импульсной модуляции (ПВИМ) [5,7,16]. При методе ПВИМ расширение спектра достигается путем сжатия информационного сигнала во временной области. Сокращение времени передачи каждого информационного сигнала в Основными, базовыми методами расширения спектра сигналов, широко применяемыми в современных СРС, системах управления и распределения информации, являются: - метод непосредственной модуляции несущей псевдослучайной последовательностью (ПСП); - метод псевдослучайной перестройки рабочей частоты (ППРЧ); - метод совместного (комплексного) использования различных методов; например, метода непосредственной модуляции несущей ПСП и метода ППРЧ; метода ППРЧ и метода ПВИМ и другие сочетания. При первом методе расширение спектра сигнала достигается за счет непосредственной модуляции несущей частоты ПСП
где На рис.1.1,а,б изображены информационный бит Рис. 1.1. На рис. 1.2 приведены графики спектральной плотности мощности информационного бита
Рис. 1.2. Широко используемой на практике СРС с ФМШПС является прямопоследовательная псевдошумовая система, структурные схемы передатчика и приемника которой приведены на рис. 1.3,а,б, где ГПС кода – генератор псевдослучайного кода. Рис. 1.3. На рис.1.4, а, б в идеализированном виде изображены спектральные плотности мощности сигнала и узкополосной помехи в характерных точках структурных схем передатчика и приемника СРС с ФМШПС. Рис. 1.4. На рис. 1.4 видно, как происходит преобразование спектра полезного сигнала и расширение спектра узкополосной помехи в передающем и приемном устройствах СРС с ФМШПС.
|