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Espectro de banda ancha. Señales de banda estrecha y banda ancha. Línea de visión y principio de la red celular.

Manual educativo y metodológico.“Señales de banda ancha” se compila de acuerdo con el programa de disciplina Métodos de procesamiento de señalespara estudiantes universitarios en el campo deTecnologías de la información y sistemas de comunicación. El manual consta de dos partes. Primera parte: Conceptos básicos de las señales de banda ancha, incluye un resumen de la teoría de las señales de banda ancha. Segundo - pautas para realizar trabajos de laboratorio.

Comprender las señales de banda ancha

Definición de ShPS. Aplicación de ShPS en sistemas de comunicación.

Las señales de banda ancha (complejas, similares al ruido) (WPS) son aquellas señales para las cuales el producto del ancho del espectro activo F y la duración T es mucho mayor que la unidad. Este producto se llama señal baseB. Para SPS

B=PIES>>1 (1)

Las señales de banda ancha a veces se denominan señales complejas, a diferencia de las señales simples (por ejemplo, rectangulares, triangulares, etc.) con V=1. Dado que las señales con una duración limitada tienen un espectro ilimitado, para determinar el ancho del espectro, use varios metodos y técnicas.

El aumento de la base en ShPS se logra mediante modulación (o manipulación) adicional en frecuencia o fase durante la duración de la señal. Como resultado, el espectro de la señal F (manteniendo su duración T) se amplía significativamente. Rara vez se utiliza modulación de amplitud intraseñal adicional.

En sistemas de comunicación con redes de banda ancha, la amplitud espectral de la señal F emitida es siempre mucho mayor que la amplitud espectral del mensaje de información.

Los ShPS se utilizan en sistemas de comunicación de banda ancha (BCS) porque:

le permitirá obtener plenamente los beneficios métodos óptimos procesamiento de señales;

proporcionar alta inmunidad al ruido a las comunicaciones;

le permitirá combatir con éxito la propagación de ondas de radio por trayectos múltiples dividiendo los haces;

permitir trabajo simultáneo muchos suscriptores en una banda de frecuencia común;

permitirle crear sistemas de comunicación con mayor secreto;

proporcionar compatibilidad electromagnética(EMC) ShPSS con sistemas de radiodifusión y comunicación por radio de banda estrecha, sistemas de radiodifusión de televisión;

proporcionar mejor uso espectro de frecuencias en un área limitada en comparación con los sistemas de comunicación de banda estrecha.

Inmunidad al ruido de ShPSS

Está determinado por la conocida relación entre señal y ruido en la salida del receptor q 2 con la relación señal-ruido en la entrada del receptor ρ 2:

q 2 = 2Вρ 2 (2)

donde ρ 2 = R s / R p (R s, R p - potencia e interferencia del ShPS);

q 2 = 2E/ nortep, E - energía del ShPS, N p - densidad de potencia espectral de la interferencia en la banda ancha. En consecuencia, E = P con T , a norte p = p p / F;

EN - Base ShPS.

Relación señal-ruido en la salida q 2 determina las características operativas de la recepción de banda ancha, y la relación señal-interferencia en la entrada ρ 2 determina la energía de la señal y la interferencia. Cantidad q 2 se puede obtener según los requisitos del sistema (10...30 dB) incluso si ρ 2<<1. Для этого достаточно выбрать ШПС с необходимой базой В, satisfactorio (2). Como puede verse en la relación (2), la recepción de NPS mediante un filtro o correlador adaptado va acompañada de una amplificación de la señal (o supresión de ruido) de 2 V. una vez. Por eso el valor

K ShPS = q 2 /ρ 2 (3)

se llama ganancia de procesamiento del ShPS o simplemente ganancia de procesamiento. De (2), (3) se deduce que la ganancia de procesamiento K ShPS = 2V. En SHPS, la recepción de información se caracteriza por la relación señal-interferencia h 2 = q 2 /2, es decir

h2 = Bρ2 (4)

Las relaciones (2), (4) son fundamentales en la teoría de los sistemas de comunicación con redes de banda ancha. Se obtuvieron para interferencias en forma de ruido blanco con una densidad espectral de potencia uniforme dentro de una banda de frecuencia cuyo ancho es igual al ancho del espectro NPS. Al mismo tiempo, estas relaciones son válidas para una amplia gama de interferencias (de banda estrecha, pulsadas, estructurales), lo que determina su importancia fundamental.

Por tanto, uno de los objetivos principales de los sistemas de comunicación con redes de banda ancha es garantizar una recepción fiable de información bajo la influencia de interferencias potentes, cuando la relación señal-interferencia en la entrada del receptor ρ 2 puede ser mucho menor que la unidad. Cabe señalar una vez más que las relaciones anteriores son estrictamente válidas para la interferencia en forma de un proceso aleatorio gaussiano con densidad espectral de potencia uniforme (ruido “blanco”).

Principales tipos de ShPS

Se conocen una gran cantidad de SPS diferentes, cuyas propiedades se reflejan en muchos libros y artículos de revistas. Los ShPS se dividen en los siguientes tipos:

señales de frecuencia modulada (FM);

señales multifrecuencia (MF);

señales con modulación por desplazamiento de fase (PM) (señales con modulación de fase de código - señales QPSK);

señales de frecuencia discreta (DF) (señales con modulación de frecuencia codificada - señales FFM, señales de modulación por desplazamiento de frecuencia (FM));

frecuencia compuesta discreta (DCF) (señales compuestas con modulación de frecuencia de código - señales CFM).

Frecuencia modulada (FM) Las señales son señales continuas, cuya frecuencia varía según una ley determinada. La Figura 1a muestra una señal de FM, cuya frecuencia varía según una ley en forma de V de f 0 -F/2 a f 0 +F/2, donde f 0 es la frecuencia portadora central de la señal, F - ancho del espectro, a su vez, igual a la desviación de frecuencia F = ∆f d. La duración de la señal es T.

En La figura 1b muestra el tiempo-frecuencia (f, t) - avión, en que muestra aproximadamente la distribución de la energía de la señal de FM por frecuencia y tiempo mediante sombreado.

La base de la señal de FM por definición (1) es igual a:

B=FT=∆fdT(5)

Las señales de frecuencia modulada se utilizan ampliamente en los sistemas de radar porque se puede crear un filtro adaptado para una señal de FM específica utilizando dispositivos de ondas acústicas de superficie (SAW). En los sistemas de comunicación es necesario disponer de muchas señales. Al mismo tiempo, la necesidad de cambiar rápidamente las señales y cambiar los equipos de generación y procesamiento lleva al hecho de que la ley del cambio de frecuencia se vuelve discreta. En este caso, pasan de señales de FM a señales de DF.

Multifrecuencia (MF) las señales (Figura 2a) son la suma norte armónico(t) ...u N (t) , cuyas amplitudes y fases se determinan de acuerdo con las leyes de formación de señales. En el plano frecuencia-tiempo (Figura 2b), la distribución de la energía de un elemento (armónico) de la señal MF en la frecuencia f k se resalta mediante sombreado. Todos los elementos (todos los armónicos) cubren completamente el cuadrado seleccionado con lados F y T. La base de la señal B es igual al área del cuadrado. El ancho del espectro del elemento es F 0 ≈1/T. Por lo tanto, la base de la señal MF

Figura 1 - Señal modulada en frecuencia y plano tiempo-frecuencia

es decir, coincide con el número de armónicos. Las señales MF son continuas y es difícil adaptar técnicas digitales para su formación y procesamiento. Además de esta desventaja, también tienen las siguientes:

a) tienen un factor de cresta malo (ver Figura 2a);

b) obtener una base grande EN es necesario tener una gran cantidad de canales de frecuencia NORTE. Por lo tanto, las señales MF no se consideran más.

Clave de cambio de fase (PM) las señales representan una secuencia de pulsos de radio, cuyas fases varían según una ley determinada. Normalmente, la fase toma dos valores (0 o π). En este caso, la señal de radiofrecuencia FM corresponde a una señal de video FM (Figura 3a), que consta de pulsos positivos y negativos. Si el número de pulsos es N , entonces la duración de un pulso es igual a τ 0 = T/N , y el ancho de su espectro es aproximadamente igual al ancho del espectro de la señal F 0 = 1/τ 0 =N/T. En el plano tiempo-frecuencia (Figura 3b), la distribución de la energía de un elemento (pulso) de la señal de FM se resalta mediante sombreado. Todos los elementos se superponen a un cuadrado seleccionado con lados F y T. Base de señal FM

B=FT=F/τ 0 =N, (7)

aquellos. B es igual al número de pulsos en la señal.

La posibilidad de utilizar señales PM como BPS con bases B = 10 4 ...10 6 está limitada principalmente por los equipos de procesamiento. Cuando se utilizan filtros adaptados en forma de dispositivos SAW, es posible una recepción óptima de señales de FM con bases máximas Vmax = 1000 ... 2000. Las señales de FM procesadas por dichos filtros tienen espectros amplios (aproximadamente 10 ... 20 MHz) y relativamente cortos. duraciones (60 ... 100 µs). El procesamiento de señales de FM utilizando líneas de retardo de frecuencia de video al transferir el espectro de señales a la región de frecuencia de video permite obtener bases B = 100 en F≈1 MHz, T ≈ 100 µs.

Los filtros adaptados basados en dispositivos de carga acoplada (CCD) son muy prometedores. Según los datos publicados, utilizando filtros CCD adaptados, es posible procesar señales de FM con bases de 10 2 ... 10 3 con duraciones de señal de 10 -4 ... 10 -1 s. Un correlador digital en un CCD es capaz de procesar señales hasta una base de 4∙10 4 .

Figura 2 - Multifrecuencia

Figura 3 - Cambio de fase codificado Plano de señal y tiempo-frecuencia.

Cabe señalar que es aconsejable procesar señales PM con bases grandes utilizando correlacionadores (en un LSI o en un CCD). En este caso, B = 4∙10 4 parece ser limitante. Pero cuando se utilizan correlacionadores, es necesario, en primer lugar, resolver el problema de la adquisición acelerada de sincronismo, ya que las señales de FM permiten utilizar ampliamente métodos y técnicas digitales de generación y procesamiento, y es posible implementar tales señales con señales relativamente grandes. bases, por lo que las señales de FM son uno de los tipos prometedores de ShPS.

Frecuencia discreta (DF) las señales representan una secuencia de pulsos de radio (Figura 4a), cuyas frecuencias portadoras varían según una ley determinada. Sea M el número de pulsos en la señal DF , La duración del pulso es T 0 =T/M, su ancho de espectro es F 0 =1/T 0 =M/T. Sobre cada pulso (Figura 4a) se indica su frecuencia portadora. En el plano tiempo-frecuencia (Figura 4b), los cuadrados en los que se distribuye la energía de los pulsos de señal CC están sombreados.

Como puede verse en la Figura 4b, la energía de la señal DF se distribuye de manera desigual en el plano frecuencia-tiempo. Base de datos de señales DF.

B=FT =MF 0 MT 0 =M 2 F 0 T 0 = M 2 (8)

ya que la base del momento es F 0 T 0 = l. De (8) se desprende la principal ventaja de las señales DF: obtener la base B necesaria número de canales M =
, es decir, significativamente menor que para las señales MF. Fue esta circunstancia la que llamó la atención sobre tales señales y su uso en los sistemas de comunicación. Al mismo tiempo, para bases grandes B = 10 4 ... 10 6, no es práctico utilizar únicamente señales DF, ya que el número de canales de frecuencia es M = 10 2 ... 10 3, lo que parece excesivamente grande.

Frecuencia compuesta discreta (DCF) Las señales son señales de HF en las que cada pulso se reemplaza por una señal similar a un ruido. La Figura 5a muestra una señal de vídeo FM, cuyas partes individuales se transmiten a diferentes frecuencias portadoras. Los números de frecuencia se indican encima de la señal de FM. La Figura 5b muestra el plano tiempo-frecuencia, en el que la distribución de la energía de la señal DFS se resalta mediante sombreado. La Figura 5b no es diferente en estructura de la Figura 4b, pero para la Figura 5b el área F 0 T 0 = N 0 -igual al número de pulsos de señal FM en un elemento de frecuencia de la señal DFS. base de señal DFS

B=FT =M 2 F 0 T 0 =N 0 M 2 (9)

Número de pulsos de la señal PM total N=N 0 M

Figura 4 - Frecuencia discreta Plano de señal y tiempo-frecuencia.

La señal DFS que se muestra en la Figura 5 contiene señales de FM como elementos. Por lo tanto, abreviaremos esta señal como señal DFS-FM. Como elementos de la señal DFS, podemos tomar señales DFS. Si la base del elemento de señal DF es B=F 0 T 0 = M 0 2 entonces la base de toda la señal es B= M 0 2 M 2

Figura 5 - Frecuencia compuesta discreta Señal de manipulación por desplazamiento de fase DFS-FM y plano tiempo-frecuencia.

Esta señal se puede abreviar como DSCH-FM. El número de canales de frecuencia en una señal DFS-FM es M 0 M. Si la señal DFS (ver Figura 4) y la señal DFS-FM tienen bases iguales, entonces tienen el mismo número de canales de frecuencia. Por tanto, la señal DFS-FM no tiene ventajas especiales sobre la señal DF. Pero los principios de construcción de una señal de FM pueden resultar útiles a la hora de construir grandes sistemas de señales de FM. Por tanto, las señales de banda ancha más prometedoras para los sistemas de comunicación son las señales de FM, MF y DFS-FM.

Principios de filtración óptima. Filtro ShPS óptimo

La recepción y el procesamiento de señales mediante diversos dispositivos de radio se realiza, por regla general, en un contexto de interferencias más o menos intensas. La elección del sistema de dispositivos depende de cuál de las siguientes tareas debe resolverse:

1. Detección de señal, cuando solo necesita responder si la vibración recibida contiene una señal útil o está formada solo por ruido.

2. Estimación de parámetros cuando sea necesario determinar con la mayor precisión el valor de uno o más parámetros de la señal útil (amplitud, frecuencia, posición temporal, etc.). Para la teoría de circuitos y señales de radio, el mayor interés es estudiar las posibilidades de reducir los efectos nocivos de la interferencia para una determinada señal y una determinada interferencia eligiendo correctamente la función de transferencia del receptor. Por lo tanto, en el futuro, se determinarán las características de los receptores que se adaptan de manera óptima a la señal y la interferencia. Dependiendo de cuál de los problemas anteriores se resuelva, se determinarán los criterios para la optimidad de un filtro para una señal determinada en presencia de. la interferencia con determinadas características estadísticas puede ser diferente. Para el problema de detectar una señal en ruido, el criterio más utilizado es la relación máxima señal-ruido en la salida del filtro.

Los requisitos para un filtro que maximice la relación señal-ruido se formulan de la siguiente manera. A la entrada de una red lineal de cuatro puertos con parámetros constantes y función de transferencia.
Se suministra una mezcla aditiva de señal S(t) y ruido n(t). ( Figura 6).

Figura 6

La señal es completamente conocida, lo que significa que se especifica su forma y posición en el eje del tiempo. El ruido es un proceso probabilístico con características estadísticas determinadas. Es necesario sintetizar un filtro que garantice que en la salida se obtenga la relación más alta posible entre el valor pico de la señal y el valor cuadrático medio del ruido, en otras palabras, determinar la función de transferencia.
. En este caso, no existe ninguna condición para preservar la forma de la señal en la salida del filtro, ya que la forma no importa para detectarla en ruido.

Presentemos los resultados de la resolución del problema de la interferencia "estándar", como el ruido blanco. Recuerde que el ruido blanco es un proceso aleatorio con una distribución uniforme de energía en todo el espectro de frecuencia, es decir, W(ω) = W 0 = const , con 0<ω<∞,где W(ω) =мощность сигнала/полоса частот es la potencia promedio por 1 Hz a una frecuencia dada ω, y se llama densidad espectral de potencia del proceso. Se encontró que en el caso del ruido blanco

aquí un - coeficiente constante arbitrario,
- complejo de funciones: conjugado con la función espectral de la señal
.

De la relación (10) se siguen dos condiciones para las características de frecuencia de fase (PFC) y frecuencia de amplitud (AFC) del filtro adaptado:

1) K(ω)=COMO(ω) (11)

aquellos. módulo de la función de transferencia con precisión a un coeficiente constante A coincide con el espectro de amplitud de la señal y

2) φ k = -[φ s (ω)+ωt 0 ] (12)

φs(ω) - espectro de fase de la señal.

El significado físico de las expresiones obtenidas para la respuesta de frecuencia (11) y la respuesta de fase (12) del filtro óptimo queda claro a partir de las siguientes consideraciones. Cuando se cumple la relación (11), la energía del ruido, que ocupa una banda de frecuencia infinita en la entrada del filtro, se atenúa en la salida mucho más fuertemente que la energía de una señal que tiene el mismo ancho espectral que el ancho de banda del receptor.

El primer término en la expresión de la respuesta de fase. - φ s (ω) compensa la característica de fase de la señal de entrada φ s (ω), en como resultado de pasar a través del filtro en el tiempo t 0 todos los armónicos de la señal agregue fase para formar un pico en la señal de salida. Al mismo tiempo, esto provoca un cambio en la forma de la señal en la salida del filtro. El segundo término ωt 0 significa el retardo de todos los componentes de la señal durante el mismo tiempo t 0 >T c , donde T s - duración de la señal. Físicamente, esto significa que para utilizar completamente la energía de la señal de entrada, el retardo de respuesta del filtro no debe ser menor que la duración de la señal.

El uso de la expresión (10) reduce el problema de sintetizar un filtro adaptado al problema de construir un circuito eléctrico utilizando un coeficiente de transmisión conocido.
.

Otra forma es determinar la respuesta al impulso del circuito y luego diseñar una red de cuatro terminales con dicha respuesta.

Por definición, la respuesta impulsiva del circuito g(t) - esta es la señal en su salida en respuesta a un impacto en la forma δ - funciones, es decir tener densidad espectral uniforme para todas las frecuencias. En este caso, la densidad espectral de la señal de salida.
y el tipo de señal a la salida, según la transformada de Fourier y teniendo en cuenta la relación (10),

La respuesta al impulso del filtro óptimo, es decir reacción a δ el pulso es, por tanto, una imagen especular de la señal con la que se combina este filtro. El eje de simetría pasa por el punto t 0 /2 en el eje de abscisas (Figura 7).

Figura 7

La forma de onda de salida de un filtro óptimo se puede determinar utilizando la relación general

(14)

Por definición, la señal a la salida del filtro óptimo es

donde B s (t-t 0) - función de autocorrelación de la señal (ACF).

Entonces, la señal en la salida del filtro adaptado, con una precisión de un coeficiente constante A coincide con la función de autocorrelación de la señal de entrada. La relación señal-ruido en la salida es la principal medida de la eficacia del filtro óptimo (OF). Presentamos solo el resultado de los cálculos, según los cuales

,
(16)

Dónde
- Valor RMS del ruido en la salida del filtro, valor pico de la señal de salida;

mi - energía de señal en la entrada del filtro;

W 0 es la densidad espectral de potencia del ruido blanco.

La expresión (16), que nos permite determinar la eficiencia del filtro adaptado, muestra que con ruido blanco la relación señal-ruido en su salida depende únicamente de la energía de la señal y del espectro de energía del ruido W 0. En el caso de NPS:
(17)

E=NE 0 energía de señal, E 0 – energía de un paquete elemental, N – número de paquetes en la señal, ρ – relación señal/ruido en la entrada OF.

De las expresiones (15.17) se deduce: en primer lugar, el OF aumenta la relación señal-ruido en la potencia de salida en N veces y, en segundo lugar, una de las posibles implementaciones del filtro óptimo es un correlacionador o un programa que calcula el ACF de la señal.

Señales codificadas por cambio de fase

La modulación por desplazamiento de fase se utiliza a menudo como modulación intraseñal. Las señales de modulación por desplazamiento de fase (PM) son una secuencia de pulsos de radio de igual amplitud, cuyas fases iniciales varían según una ley determinada. En la mayoría de los casos, la señal de FM consta de pulsos de radio con dos valores de fase inicial: 0 y.

La Figura 8a muestra un ejemplo de una señal de FM que consta de 7 pulsos de radio. La Figura 8b muestra la envolvente (en el caso general complejo) de la misma señal. En el ejemplo considerado, la envolvente es una secuencia de pulsos de video individuales positivos y negativos de forma rectangular. Esta suposición sobre la rectangularidad de los pulsos que forman la señal de FM es válida para estudios teóricos. Sin embargo, cuando las señales de FM se generan y transmiten a través de canales de comunicación con un ancho de banda limitado, los pulsos se distorsionan y la señal de FM deja de ser tan ideal como en la Figura 8a.

La envolvente caracteriza completamente la señal de FM. Por lo tanto, este trabajo examina las propiedades de la envolvente de la señal PM.

Un pulso rectangular u(t) con amplitud y duración unitarias 0, que forma la base de la FM, se escribe como u(t) = 1 en 0t 0.

Una envolvente que consta de N pulsos de vídeo individuales se puede representar como:

donde la amplitud an toma valores +1 o –1. La duración total de la señal PM es T=N 0. La secuencia de símbolos (amplitudes de pulso) A = (a 1, a 2 ...a n ...a N) se llama secuencia de código. Son posibles las siguientes designaciones equivalentes de secuencias de códigos:

A=(111-1-11-1) = (1110010) =(+ + + - - + -), aquí N= 7.

Figura 8 - Señal de FM, su envolvente compleja

Espectro de señales de FM

Las propiedades espectrales de las señales PM están determinadas por los espectros del pulso u(t) y la secuencia de código A. Espectro de un pulso de video rectangular S():

El espectro de una señal rectangular consta de tres factores. El primero, igual a τ 0, es el área del pulso 1τ 0.

El segundo factor sin( 0 /2)/( 0 /2) en forma de función de referencia sin(x)/x caracteriza la distribución de frecuencias del espectro. El tercer factor es consecuencia del desplazamiento del centro del pulso con respecto al origen a la mitad de la duración del pulso 0 /2.

El espectro de la señal de FM G(), más precisamente el espectro de la envolvente, teniendo en cuenta el teorema de desplazamiento, tiene la siguiente forma:

G() = S()  a n exp [-i(n-1) 0 ]

La suma del lado derecho es el espectro de la secuencia de código A y se denota además por H(). Entonces,

u(t)  S(), A  H(), U(t)  G(),

G() =S()H().

<H()> =

Representar el espectro de una señal de FM como un producto es conveniente porque primero puede encontrar por separado los espectros S() y H() y luego, multiplicándolos, obtener el espectro de la señal de FM. Las propiedades del espectro de un pulso rectangular son bien conocidas: tiene una estructura de lóbulos con ceros en los puntos /, 2/, etc. El espectro de amplitud de la secuencia de código, en promedio, se acerca al espectro del ruido blanco y se caracteriza por fluctuaciones significativas alrededor del promedio, igual a

El espectro de fases de la secuencia de códigos también se caracteriza por una gran robustez.

Función de autocorrelación (ACF)

El ACF de las señales de FM tiene la forma típica de todos los tipos de NPS. El ACF normalizado consta de un tipo central (principal) con amplitud 1, ubicado en el intervalo (-,) y máximos laterales (de fondo) distribuidos en el intervalo (-,) y (,). Las amplitudes de los tipos laterales toman valores diferentes, pero para señales con "buena" correlación son pequeñas, es decir significativamente menor que la amplitud del pico central. Relación de amplitud del pico central (en en este caso

1) a la amplitud máxima de los máximos laterales se le llama coeficiente de supresión K. Para SPS arbitrario con base B

K 1/
Para FM ShPS K1

. En la Figura 9 se muestra un ejemplo del ACF del NPS. El valor de K depende significativamente del tipo de secuencia de código A. Con la elección correcta de la ley de formación A, es posible lograr la máxima supresión y, en algunos casos, , igualdad de las amplitudes de todos los máximos laterales.

Señales de ladrón

(18)

La secuencia de código de la señal de Barker consta de los símbolos 1 y se caracteriza por un ACF normalizado de la forma:

Introducción Sistemas de banda ancha

comunicaciones. Su finalidad y características.

Conceptos básicos del uso de señales similares a ruido en sistemas de comunicación.

Sistemas con señales pseudoaleatorias.

Secuencias de longitud máxima

Diagramas de bloques de generadores de secuencias de código lineal.

7. Generando códigos con alta velocidad

La secuencia de código de la señal de Barker consta de los símbolos 1 y se caracteriza por un ACF normalizado de la forma:

Los métodos de transmisión de banda ancha se utilizaron por primera vez al final de la Segunda Guerra Mundial en sistemas de radio militares para proporcionar una extensión de alto alcance y combatir la interferencia deliberada del enemigo. Por el momento, estos métodos se han mejorado y se han eliminado muchas deficiencias. Los sistemas con NLS (señales similares a ruido) se están generalizando cada vez más debido a sus cualidades, tales como: inmunidad al ruido bajo la influencia de interferencias potentes y direccionamiento por código de un gran número de suscriptores y su separación de códigos cuando funcionan simultáneamente en una banda de frecuencia común. .

1.Sistemas de comunicación de banda ancha. Su finalidad y características.

El sistema de banda ancha es un sistema señal transmitida que ocupa una banda de frecuencia muy amplia, superando significativamente el ancho de banda de frecuencia mínimo que realmente se requiere para transmitir información. De hecho, un carácter está representado por una secuencia de código larga, lo que le permite trabajar con un alto nivel de ruido, porque incluso si parte de esta secuencia está distorsionada por el ruido, se puede restaurar en el lado receptor.

El ejemplo más famoso de modulación de banda ancha es la modulación de frecuencia convencional con un índice de modulación mayor que uno. El ancho de banda ocupado por una señal de FM es función no sólo del ancho de banda de la señal de información, sino también de la “profundidad” de la modulación. En todos los sistemas de banda ancha, las ganancias en la relación entre potencia de señal y potencia de ruido se logran mediante el proceso de modulación y demodulación. Para señales de FM, la SNR en la salida del demodulador es:

Dónde - valor máximo del índice de modulación de frecuencia;

SNR en la banda base o en la banda de señal de información, donde S es la potencia de la señal; N - potencia de ruido.

La FM de banda ancha puede considerarse un método de transmisión de banda ancha porque el espectro de alta frecuencia resultante (espectro de radiofrecuencia) tiene un ancho significativamente mayor que el ancho del espectro de frecuencia ocupado por la señal de información.

De todos los posibles tipos de modulación de banda ancha, se pueden distinguir los siguientes tres tipos principales:

.Modulación de una portadora mediante una secuencia de código digital con una velocidad de símbolo muchas veces mayor que el ancho de banda de la señal de información. Estos sistemas se denominan sistemas de frecuencia única. señal pseudoaleatoria.

.Modulación cambiando (desplazando) la frecuencia portadora en tiempos discretos en una cierta cantidad, cuyo valor se especifica mediante una secuencia de código. Estos cambios de frecuencia se denominan "saltos de frecuencia". En este caso, en el transmisor se producen transiciones instantáneas de una frecuencia a otra, cada una de las cuales se selecciona de un determinado conjunto predeterminado, y el orden de uso de las frecuencias está determinado por la secuencia de códigos.

.Pulsos de FM lineales, como resultado de lo cual la frecuencia portadora cambia en una amplia banda de frecuencia durante un tiempo igual a la duración del pulso.

El método de transmisión de banda ancha fue descubierto por K. E. Shannon, quien fue el primero en introducir el concepto de capacidad del canal:

donde C es el rendimiento, bit/s; W - ancho de banda, Hz; S - potencia de la señal; N - potencia de ruido.

Esta ecuación establece una conexión entre la posibilidad de transmisión de información sin errores a través de un canal con una SNR determinada y la banda de frecuencia asignada para transmitir información.

Para cualquier SNR dada, se obtiene una tasa de error de transmisión baja aumentando el ancho de banda de frecuencia asignado para la transmisión de información.

Cabe señalar que la información en sí se puede ingresar en señal de banda ancha de varias maneras. El método más conocido consiste en superponer información a la modulación de banda ancha (Fig. 1).

Fig. 1. Diagrama de bloques de un sistema con señales pseudoaleatorias monofrecuencia y formas de señal en sus distintos puntos.

La secuencia de código antes de modular la portadora para obtener una señal de banda ancha. Este método es adecuado para cualquier sistema de banda ancha que utilice una secuencia de código para ensanchar el espectro de una señal de alta frecuencia (sistemas con señales pseudoaleatorias de frecuencia única y multifrecuencia). Obviamente, la información transmitida en este caso debe representarse en alguna forma digital, ya que la imposición de información en una secuencia de código binario generalmente se realiza en forma de una operación de suma de módulo 2. En otra realización, la información no se puede utilizar directamente. Modula la “portadora” antes de expandir el espectro. En este caso, se suele utilizar uno de los tipos de modulación angular, ya que en la mayoría de los casos es deseable que los sistemas de banda ancha tengan una envolvente constante de la señal de alta frecuencia de salida.

Cabe señalar algunas propiedades de los sistemas de banda ancha:

Capacidad de direccionamiento selectivo; posibilidad de multiplexación basada en división de códigos para sistemas con acceso múltiple; asegurar la transmisión encubierta mediante el uso de señales con baja densidad espectral de potencia; dificultad para descifrar mensajes al escuchar; alta resolución en mediciones de rango; inmunidad al ruido.

Sin embargo, es imposible que un sistema posea simultáneamente todas las propiedades anteriores. Por ejemplo, es difícil esperar que una señal con buen secreto pueda recibirse simultáneamente en un contexto de intensa interferencia. Sin embargo, el sistema podría satisfacer ambos requisitos utilizando un modo de transmisión de baja potencia cuando se requiere sigilo y un modo de transmisión de alta potencia para suprimir la interferencia.

.Conceptos básicos del uso de señales similares a ruido en sistemas de comunicación.

Las señales similares a ruido (NLS) son aquellas señales en las que el producto del ancho del espectro F y la duración T es mucho mayor que la unidad. Este producto se llama base de señal y se denota B, es decir:

ShPS tiene B>>1. Las señales similares a ruidos a veces se denominan señales complejas, a diferencia de las señales simples con B=1.

En sistemas de comunicación con redes de banda ancha, la anchura del espectro de banda ancha F es siempre mucho mayor que la anchura del espectro del mensaje transmitido. En los sistemas de comunicación digitales que transmiten información en forma de símbolos binarios, la duración del NPS y la velocidad de transmisión de información R están relacionadas por la relación T = 1/R. Por lo tanto, la base del NPS:

Se caracteriza por una expansión del espectro del ShPS en relación con el espectro del mensaje. En sistemas de comunicación analógica en los que la frecuencia de mensaje superior es W y la frecuencia de muestreo es 2W,

Y si B>>1, entonces F>>R y F>>2W

De la consideración de las propiedades básicas de ShPS se deduce que el uso de ShPS en sistemas de comunicación permite garantizar una alta inmunidad al ruido contra interferencias potentes, secreto, focalización, operatividad en la banda de frecuencia general, lucha contra trayectos múltiples, alta precisión Medidas y resolución, buena EMC con muchos sistemas de radio.

3.Sistemas con señales pseudoaleatorias.

Los sistemas con señales pseudoaleatorias son los más famosos y extendidos entre los sistemas de banda ancha. Así, el método de medición de distancia desarrollado en el Laboratorio de Propulsión a Chorro se utiliza con éxito en el sistema RANGER y otros programas espaciales, basado en el uso de secuencias pseudoaleatorias.

En formato digital o sistemas personales En las comunicaciones por radio mediante CDMA (acceso múltiple de espectro ensanchado) y espectro ensanchado, los siguientes problemas principales se resuelven utilizando secuencias pseudoaleatorias:

.Extender el espectro de una señal modulada para aumentar el ancho de banda de transmisión.

.Separación de señales diferentes usuarios, utilizando la misma banda de frecuencia para la transmisión en modo de acceso múltiple.

EN sistemas conocidos En las comunicaciones por radio, los PSP digitales binarios se utilizan como señales de espectro ensanchado. Las funciones de correlación automática y cruzada de estas secuencias en desplazamientos discretos, múltiplos de la duración del símbolo, en la región de interés se calculan contando el número de coincidencias y discrepancias en un carácter por carácter (bit a bit). comparación.

Para ampliar el espectro y cargar uniformemente el ancho de banda de transmisión, la densidad espectral de una única secuencia debe ser uniforme, como la de AWGN.

El segundo y más difícil problema que resuelve PSP en un sistema CDMA multiusuario es la separación de señales de diferentes usuarios que utilizan la misma banda de transmisión. La señal PSP realiza la función de una "tecla" para cada usuario y permite al receptor seleccionar la señal destinada a él. Por lo tanto, el conjunto completo de PSP debe elegirse de modo que la correlación cruzada entre cualquier par de secuencias sea suficientemente pequeña. Esto le permite minimizar el nivel de interferencia en canales adyacentes. Teóricamente valor nulo correlación cruzada tener conjuntos señales ortogonales extensión del espectro (por ejemplo, funciones base Series de Fourier y funciones de Walsh).

Sin embargo, en sistemas reales Las comunicaciones por radio requieren que se garantice la simplicidad de la formación coherente del PSP en los lados transmisor y receptor. Las PSP más conocidas y estudiadas incluyen secuencias de longitud máxima (secuencias M). Son muy atractivos para sistemas de espectro ensanchado de un solo usuario y se han utilizado ampliamente en aplicaciones militares. Desde el punto de vista de los requisitos de propiedades de correlación cruzada impuestos en los sistemas CDMA de comunicación celular o personal, las secuencias de Gold, Kasami y Walsh son más interesantes. En algunos casos se combinan con secuencias M.

Propiedades de secuencias pseudoaleatorias.

Hay tres propiedades principales de cualquier secuencia periódica, que puede utilizarse como prueba de aleatoriedad.

.Saldo Para cada intervalo de secuencia, el número de unos binarios debe diferir del número de ceros binarios en no más de un elemento.

.Ciclicidad. Un ciclo es una secuencia continua de idénticos números binarios. La aparición de otro dígito binario inicia automáticamente un nuevo ciclo. La duración de un ciclo es igual al número de dígitos que contiene. Es deseable que en cada fragmento de la secuencia aproximadamente la mitad sean ciclos de ambos tipos de longitud 1, aproximadamente un cuarto de longitud 2, aproximadamente un octavo de longitud 3, etc.

.Correlación. Si parte de una secuencia y su copia desplazada cíclicamente se comparan elemento por elemento, es deseable que el número de coincidencias difiera del número de discrepancias en no más de uno.

Características de las señales pseudoaleatorias.

Se pueden recibir señales utilizadas en sistemas de banda ancha de varias maneras. En un sistema con una señal pseudoaleatoria pseudoaleatoria de frecuencia única, la "portadora" se modula mediante una secuencia de código, y generalmente se utiliza la manipulación de fase de la "portadora", y la frecuencia de manipulación está determinada por la frecuencia del símbolos de secuencia de código, es decir, para transmitir un símbolo de secuencia de código "único", se utiliza un valor de fase "portador", y para transmitir el carácter "nulo" es diferente. Se utilizan más especies complejas manipulación por desplazamiento de fase (por ejemplo, manipulación de cuatro fases), sin embargo, con cada uno de ellos existe una correspondencia uno a uno entre la fase de la portadora transmitida y la secuencia o secuencias de códigos de referencia. Cabe señalar que se utiliza con mayor frecuencia. modulación equilibrada. Esto último se explica por varias razones.

En primer lugar, la ausencia de una "portadora" complica el proceso de detección de señales y requiere el uso de métodos de procesamiento muy sofisticados. Evidentemente, en este caso no tiene sentido utilizar un receptor convencional para aislar la "portadora", ya que el nivel de esta última es significativamente menor que el nivel de "ruido" creado por la modulación del código.

En segundo lugar, la ventaja del método de transmisión de portadora suprimida es que energía alta asignado para transferencia información útil, ya que toda la potencia del transmisor se utiliza únicamente para transmitir una señal pseudoaleatoria.

En tercer lugar, la envolvente de la señal tiene nivel constante, de modo que se maximice la eficiencia del uso de la potencia transmitida en la banda de frecuencia asignada. AIM también se puede utilizar para la transmisión, en la que la "portadora" se modula mediante una secuencia de código. Permite obtener un espectro de potencia cercano al , sin embargo poder efectivo en el lado receptor resulta ser menor. Por lo tanto, se necesitaría más potencia máxima para proporcionar el mismo alcance del sistema.

En cuarto lugar, un modulador bifásico es un dispositivo bastante simple. Para crearlo, solo necesitas dos transformadores y algunos diodos. Los manipuladores de frecuencia más complejos requieren, al menos, la presencia de un generador cuya frecuencia cambie cuando se le ordene. Proporcionar una transición tan flexible de una frecuencia a otra está asociada con ciertas dificultades de mantenimiento. Estabilidad de la frecuencia generada.

4. Secuencias longitud máxima

Por definición, los códigos de longitud máxima son códigos que se pueden obtener utilizando un registro de desplazamiento o un elemento de retardo de una longitud determinada. La longitud de la secuencia binaria máxima que se puede obtener usando un generador basado en un registro de desplazamiento es , donde n es el número de bits del registro de desplazamiento. El generador de secuencia consta de un registro de desplazamiento y un circuito lógico correspondiente, desde cuya salida el circuito comentario La información sobre la combinación lógica del estado de dos o más de sus bits se recibe en la entrada del registro de desplazamiento. La señal a la salida del generador de secuencia y el estado de sus n bits en cualquier intervalo de tiempo de reloj fijo es función de los estados de sus bits incluidos en el circuito de retroalimentación en los intervalos de tiempo de reloj anteriores.

Todas las secuencias de código de longitud máxima tienen las siguientes propiedades:

.Hay unos más que ceros en la secuencia.

.Para distribuir secuencias, puedes calcular fácilmente la distribución de longitudes de una serie de "ceros" y "unos" que son iguales para el mismo código. La ubicación relativa de estas ejecuciones varía de una secuencia a otra, pero el número de ejecuciones de la misma longitud sigue siendo el mismo.

.La función de autocorrelación del código de longitud máxima es tal que para todos los valores de retardo es igual a -1, con excepción de la región 0±1, donde los valores de la función de autocorrelación varían de -1 a (longitud de la secuencia)

.La suma en módulo 2 de cualquier secuencia de longitud máxima con una secuencia obtenida mediante cualquier desplazamiento cíclico de la misma secuencia en un cierto número de posiciones da como resultado una nueva secuencia que representa un desplazamiento cíclico de la misma secuencia en otro número de posiciones.

.Cada estado posible, o combinación de n bits de un generador de n bits dado, independientemente del tiempo de formación período completo El código aparece en algún momento solo una vez. Cada estado existe sólo durante un período de reloj. La excepción es una combinación de sólo ceros, en modo normal trabajo, no surge, y no debería surgir.

5. Secuencias de Gould

En comparación con las secuencias M convencionales, las secuencias de Gould son más atractivas para los sistemas CDMA con muchos usuarios. Estos sistemas requieren un número significativamente mayor de secuencias con buenas interacciones. propiedades de correlación entre ellos. Gould describió el método para construir tales secuencias.

Este método consiste en la suma mod 2 de dos secuencias M diferentes sincronizadas por un único generador de reloj (Fig. 2).

Fig. 2. Un ejemplo de la formación de una secuencia de código Gould utilizando generadores y .

El punto más importante en la formación de una secuencia de Gold con "buenas" propiedades de correlación es que sólo se pueden utilizar pares especiales de secuencias M, llamadas preferidas.

Dado que ambas secuencias M tienen la misma longitud L y están sincronizadas por un solo generador, la secuencia Gold generada tiene una longitud L, pero no es una secuencia de longitud máxima. Sea n el número de bits del registro de desplazamiento en el generador de secuencia M, luego la longitud de las secuencias de Gould . Al elegir un par apropiado de secuencias M, se puede obtener un conjunto de secuencias de Gould con "buenas" propiedades de correlación.

Generadores de secuencia de código Gould

El valor de los generadores de secuencias de códigos Gould es que le permiten obtener una gran cantidad de secuencias de códigos. Y sólo requiere dos combinaciones de derivaciones para el circuito de retroalimentación. La principal ventaja de estas secuencias de códigos es que su formación requiere una pequeña cantidad de derivaciones en el circuito de retroalimentación. Por lo tanto, es posible utilizar generadores de secuencias simples basados en un registro de desplazamiento (SRG) con un toque en el circuito de retroalimentación, manteniendo la capacidad de generar una gran cantidad de secuencias de códigos. Un GDS simple con un toque en el circuito de retroalimentación es el más rápido de todos los posibles generadores de secuencias de códigos, es decir, existe una posibilidad potencial de generar secuencias de códigos Gould con una tasa de repetición de símbolos binarios correspondiente a la frecuencia máxima del GDS más simple.

La formación de secuencias de código de Gould se basa en la operación de suma módulo 2 de pares de secuencias lineales de longitud máxima (Fig.3)

Fig.3. Estructura de un generador de secuencia de código Gould

Adición de secuencias de código generadas usando uno. generador de reloj, se realiza carácter por carácter. Se mantienen las mismas relaciones de fase entre los dos generadores de secuencias, y las secuencias de código generadas tienen la misma longitud que las dos secuencias de código fuente a las que se aplica la operación de suma, pero las secuencias de código resultantes ya no son máximas.

Además del hecho de que el esquema de Gould le permite generar una gran cantidad de secuencias de códigos, tiene otra ventaja. Los códigos de Gould se pueden elegir de modo que la función de correlación cruzada para todos los recibidos de de este generador Las secuencias de código serán las mismas y el tamaño de sus picos laterales es limitado. Por tanto, es aconsejable utilizar secuencias de códigos de Gould donde se requiere una gran cantidad de señales para crear un sistema de división de códigos. Para secuencias máximas de la misma longitud, no se puede garantizar de antemano que los picos laterales del VCF no excederán un valor predeterminado.

6.Frecuencias de caracteres y longitud del código.

La elección de la frecuencia del símbolo de la secuencia de código afecta a una serie de parámetros de los sistemas de banda ancha. Esto es más obvio en un sistema con señales pseudoaleatorias de una sola frecuencia, en el que la banda de frecuencia transmitida está determinada directamente por la frecuencia de los símbolos de la secuencia de código, es decir, ancho del lóbulo principal espectro de frecuencia La señal de radio es igual al doble de la frecuencia de los símbolos de secuencia de código. La frecuencia de repetición de la secuencia de códigos también depende de la frecuencia de los caracteres de la secuencia de códigos (frecuencia de reloj), es decir la tasa de repetición de la secuencia de código es = .

La tasa de repetición de la secuencia de códigos determina la distancia entre las líneas espectrales adyacentes más cercanas en el espectro de frecuencia de la señal de radio de salida y es una de las cantidades a las que se presta la debida atención durante el proceso de diseño del sistema.

Al elegir una frecuencia de repetición de secuencia de códigos, es necesario que el período de la secuencia de códigos exceda el tiempo máximo de funcionamiento de los sistemas.

La Tabla 1 muestra varios datos sobre secuencias de códigos de longitud máxima con una tasa de repetición de símbolos igual a dos. carácter/c .

Tabla 1 Períodos de secuencias de códigos para M

secuencias de varias longitudes con una frecuencia de repetición de dos. carácter/c .

Otro factor que debe tenerse en cuenta al elegir la velocidad de símbolos de la secuencia de códigos y su longitud es la relación entre la velocidad de repetición de la secuencia de códigos y el ancho de banda de la información, así como el propósito del sistema de determinación de distancias.

Es aconsejable establecer la tasa de repetición de la secuencia de códigos en un sistema con una señal pseudoaleatoria de frecuencia única eligiendo la longitud de la secuencia de códigos de modo que esta frecuencia no caiga dentro de la banda de frecuencia de información. De lo contrario, pasarán interferencias adicionales a las entradas de los demoduladores de baja frecuencia, especialmente cuando se exponen a interferencias artificiales.

En el caso en que la medición del alcance sea más importante, una elección adecuada de la frecuencia del símbolo de la secuencia de código puede aumentar la precisión de la medición y, a veces, incluso aumentar la resolución. Si la tasa de símbolos binarios se elige de modo que por cada milla de retraso (tiempo de propagación) haya un número entero de símbolos binarios, entonces para medir el rango es suficiente calcular la cantidad de cambio de código sin aplicar corrección adicional.

7.Genera códigos a alta velocidad

En la práctica, es deseable generar secuencias de códigos binarios con una alta tasa de símbolos. Las altas frecuencias de los símbolos de secuencia de código le permiten generar una señal con amplia gama frecuencia Esto es especialmente importante cuando es necesario ampliar el espectro de una señal de información de alta velocidad (con una banda base amplia) o cuando es necesario garantizar una buena inmunidad al ruido del sistema. La velocidad de transferencia de información puede alcanzar varios megabits y, obviamente, resultado deseado Se puede obtener utilizando secuencias de códigos con una frecuencia de símbolos de hasta cientos de millones por segundo.

La elección de los números de bits para conectar la retroalimentación es no es una tarea fácil, pero existen tablas de referencia que los muestran. En cualquier caso, uno de los puntos de conexión es la salida de alto orden. La Tabla 2 muestra los puntos de conexión de retroalimentación para registros de desplazamiento con diferentes cantidades N dígitos (los números de dígitos se cuentan desde cero).

Tabla 2 Puntos de conexión de retroalimentación

N7815162431Salidas6,57,6,4,214,1315,13,12,1023,22,21,1630,17

La tabla muestra que es más rentable tomar un número de bits que no sea múltiplo de 8, por ejemplo 7,15 o 31. En este caso, solo se utilizan dos salidas para retroalimentación, es decir, una de dos entradas ". El elemento OR exclusivo es suficiente. El período de la secuencia de salida del generador es (2N-1) ciclos de reloj, N es el número de bits del código de salida (excepto uno) que ocurre una vez. El número de unos en la señal de salida es mayor que el número de ceros por unidad. La frecuencia máxima de formación de símbolos de secuencia de código está determinada no sólo por la velocidad de los elementos del registro de desplazamiento utilizados en el generador, sino también por cualquier retraso de las señales en el circuito de retroalimentación. Dado que la señal en la salida del circuito de retroalimentación contiene información sobre el estado de algunos bits del registro de desplazamiento para el momento posterior de su operación, todos los procesos en los flip-flops utilizados como puntos de toma de retroalimentación y todos los sumadores de módulo 2 deben ser completamente completado antes del siguiente momento del reloj, frecuencia máxima formación de símbolos de secuencia de código mediante un generador en forma de registro de desplazamiento

Dónde - el tiempo necesario para la transición de un bit de registro de desplazamiento de un estado a otro; tiempo de propagación de la señal a través del circuito de retroalimentación; Duración de los pulsos del reloj.

El rendimiento de un GDS simple se puede aumentar ordenando apropiadamente el circuito de retroalimentación, es decir, usando suma en serie en paralelo, como se muestra en la Fig. 4, donde la estructura (a) del circuito de retroalimentación es equivalente a la estructura (b), pero para la segunda secuencia solo dos puerta lógica mismo nivel

Fig.4 Comparación del rendimiento de dos estructuras GDS.

Actualmente, no existen estructuras GDS con un circuito de retroalimentación en serie paralelo, por lo que siempre se requiere un sumador de módulo 2 para cada toma de retroalimentación. Sin embargo, un GDS modular tiene un alto rendimiento con una gran cantidad de tomas.

Debido a la baja estabilidad de los generadores de acción directa para generar secuencias de códigos con una alta tasa de repetición de símbolos, se han desarrollado varios métodos para generar secuencias de códigos compuestos utilizando GDS de una estructura menos compleja. Dichos generadores que forman secuencias de código compuestas y tienen una serie de ventajas con altas tasas de repetición de símbolos incluyen generadores Gould y generadores en cascada.

Conclusión

código de señal de banda ancha

Los sistemas de banda ancha tienen gran número ventajas frente a otros sistemas de transmisión de datos. Gracias a los grandes avances en términos de (alrededor de 30 dB) fue posible implementar sistemas satelitales comunicaciones.

En esta zona hay gran potencial para la implementación de nuevos sistemas, con mayor velocidad, y por lo tanto con un mayor número de suscriptores, mejor secreto e inmunidad al ruido.

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Inicialmente, esta tecnología fue creada con fines militares y de inteligencia. La idea principal del método es distribuir. señal de información en una amplia banda de radio, lo que en última instancia hará que sea mucho más difícil suprimir o interceptar una señal.

La esencia de esta tecnología es transformar la señal original de tal manera que la señal resultante se expanda y distribuya por todo el rango disponible. Debido a la ley de conservación de la energía, a medida que se expande el rango de frecuencia ocupado, se produce una disminución. densidad de energía señal transmitida. Una consecuencia directa de esta circunstancia es una caída de la potencia máxima, lo que conlleva "ruido" de la señal útil. De hecho, esto no da miedo, ya que hay métodos efectivos restauración de una señal útil que se "pierde" en el contexto del ruido.

Surge una pregunta lógica: "¿Por qué crearse problemas (reducir la potencia de la señal) para resolverlos más tarde (seleccionar una señal útil del ruido de fondo)?" De hecho, la razón de este acto ilógico (sólo a primera vista) es muy lógica: la necesidad de adaptarse lo más posible más Canales de transmisión de datos dentro de un rango de frecuencia estrecho.. Inicialmente, se previó utilizar dos tecnologías de codificación de señales utilizando el método de asignación de espectro. También se les llama métodos de modulación porque, como resultado de su uso, se "superpone" información útil a la señal de alta frecuencia original.

PrimeroResidencia en método FHSS (Espectro ensanchado por salto de frecuencia: codificación de una señal con expansión de espectro mediante el método de salto de frecuencia).

Arroz. 10. Expansión del espectro por salto de frecuencia

Para garantizar que el tráfico de radio no pudiera ser interceptado o suprimido por el ruido de banda estrecha, se propuso transmitir con un cambio constante de portadora dentro de amplia gama frecuencias (ver Figura 10). Como resultado, la potencia de la señal se distribuyó en todo el rango y escuchar una frecuencia específica produjo solo una pequeña cantidad de ruido. La secuencia de frecuencias portadoras era pseudoaleatoria y sólo la conocían el transmisor y el receptor. Un intento de suprimir una señal en un cierto rango estrecho tampoco degradó demasiado la señal, ya que sólo se suprimió una pequeña parte de la información.

Al elegir el método FHSS, se utiliza toda la banda de 2,4 GHz para la transmisión de datos (como una banda ancha, que se divide en 79 subcanales). La principal desventaja de este método es la baja velocidad de transferencia de datos, que no supera los 2 Mbit/s.

Segundode los cuales se basa en la aplicación tecnologías DSSS (Espectro ensanchado de secuencia directa: codificación de una señal con espectro ensanchado utilizando un código de secuencia directa) junto con el uso de modulación CCK (codificación de código complementario: modulación de código adicional), que admite velocidades de transferencia de datos de hasta 11 Mbps.

En el método directo expansión en serie El espectro también utiliza todo el rango de frecuencia asignado para un enlace de comunicación inalámbrica. A diferencia del método FHSS, todo el rango de frecuencia está ocupado no debido al cambio constante de una frecuencia a otra, sino al hecho de que Cada bit de información se reemplaza por N bits, de modo que la velocidad del reloj de señalización aumenta en un factor de N. Y esto, a su vez, significa que el espectro de la señal también se expande N veces. Basta con seleccionar la velocidad de datos y el valor N de forma adecuada para que el espectro de la señal ocupe todo el rango.

El código que reemplaza la unidad binaria. información de fondo, se llama secuencia de expansión, y cada bit de dicha secuencia se llama chip.

En consecuencia, la velocidad de transmisión del código resultante se denomina velocidad del chip. Un cero binario se codifica como lo inverso de la secuencia de dispersión. Los receptores deben conocer la secuencia de dispersión que utiliza el transmisor para poder comprender la información que se transmite.

Muy a menudo, el valor de la secuencia de ensanchamiento es la secuencia de Barker, que consta de 11 bits: 10110111000. Si el transmisor utiliza esta secuencia, entonces la transmisión de tres bits 110 conduce a la transmisión de los siguientes bits:

10110111000 10110111000 01001000111.

El propósito de la codificación mediante el método DSSS es el mismo que el del método FHSS: aumentar la inmunidad a las interferencias.. La interferencia de banda estrecha distorsionará sólo determinadas frecuencias del espectro de la señal, de modo que es probable que el receptor pueda reconocer correctamente la información transmitida.

Si se selecciona la tecnología DSSS, se forman varios canales DSSS anchos en la banda de 2,4 GHz y no se pueden utilizar más de tres de ellos simultáneamente. De este modo se alcanza una velocidad máxima de transferencia de datos de 11 Mbit/s, que corresponde a la velocidad considerada más tarde. estándar IEEE 802.11b.

Para aclarar una mayor presentación, haremos aquí una digresión técnica sobre las características de varios rangos de frecuencia y los principios asociados para la construcción de redes de radio.

Las comunicaciones por radio modernas funcionan en frecuencias de cientos de megahercios, miles de megahercios (es decir, gigahercios) e incluso decenas de gigahercios. El espectro radioeléctrico se divide en secciones asignadas a los más varias aplicaciones; la comunicación por radio es sólo uno de ellos. La distribución del espectro a escala internacional está regulada por el comité internacional correspondiente, del que forma parte Rusia. En Rusia está regulado por el Comité Estatal interdepartamental de Radiofrecuencias (SCRF). Volveremos a esto más tarde.

Cada sección del espectro radioeléctrico se divide en canales el mismo “ancho” (por ejemplo, 25 kilohercios para telefonía celular). Velocidad máxima La transmisión de datos en un canal determinado depende únicamente del ancho del canal y no de la porción del espectro en la que se encuentra. Está claro que en el rango de frecuencia, digamos, de 8 gigahercios a 9 gigahercios, cabe 10 veces más canales ancho específico que en el rango de 800 megahercios a 900 megahercios. Así, cuanto mayores sean las frecuencias, mayor será la “capacidad” general de la gama en términos de posibilidad de transmisiones simultáneas: si imaginamos la gama de 800 MHz como un cable de mil núcleos, entonces la gama de 8 GHz ya será un cable de diez mil núcleos.

Línea de visión y principio de la red celular.

Se podría suponer que la colosal capacidad de la parte del espectro radioeléctrico de frecuencia ultraalta (microondas) podría resolver todos los problemas de comunicación por radio. Esto es casi cierto, pero hay uno puramente característica física Ondas de radio: cuanto mayor sea la frecuencia de la onda (es decir, cuanto más corta sea su longitud), más tamaños más pequeños Ella es capaz de sortear obstáculos. Por lo tanto, digamos móvil. comunicación celular puede funcionar a frecuencias no superiores a 2 gigahercios: durante más altas frecuencias La comunicación ya está estrictamente limitada a la línea de visión (casi como para haz de luz), por lo que la conexión con teléfono móvil se verá interrumpido como la luz de una linterna cuando caminas frente a una empalizada.

En frecuencias inferiores a 2 GHz, los requisitos de visibilidad directa no son tan estrictos: una onda de radio puede incluso rodear edificios, pero no el espesor de la tierra, es decir, alrededor de 2 GHz. no puede "ir más allá del horizonte". El alcance limitado del transmisor por el horizonte visible desde la altura de su antena permite organizar red celular , es decir. una red en la que los mismos canales de frecuencia puedan utilizarse repetidamente en áreas territoriales no contiguas (“células”).

Nota 1: Cuando hablan de " Teléfono móvil" o "red celular", esto generalmente significa celular movil red telefonica . Estas redes suelen desplegarse de conformidad con normas reconocidas estándares internacionales; ocupan parte de los rangos de alrededor de 450 MHz, 800 MHz y 900 MHz, y el último estándar ofrece una frecuencia de alrededor de 1800 MHz (es decir, 1,8 GHz). La telefonía móvil celular es un tipo de actividad de telecomunicaciones separada y específicamente regulada, y no la abordaremos aquí más adelante. El principio celular de la construcción de redes en sí no está directamente relacionado con la movilidad. Es simplemente una forma de utilizar las mismas frecuencias una y otra vez, incluso dentro de un área limitada.

Nota 2: La imagen estaría incompleta sin mencionar comunicaciones por satélite . Todos los argumentos sobre la capacidad de diferentes rangos de frecuencia siguen siendo válidos aquí, sólo que el concepto de "horizonte" casi desaparece, ya que incluso un satélite que se encuentre sobre el ecuador en una longitud adecuada (no en el hemisferio opuesto) es visible desde las regiones polares. Está claro que incluso una antena de satélite con una orientación estrecha produce una “mancha” en la superficie de la Tierra de cientos o miles de kilómetros de tamaño. Por lo tanto, en comparación con las redes de radio terrestres, los satélites utilizan las ondas de forma muy antieconómica, sin la posibilidad de reutilizar las mismas frecuencias, como se hace en las redes celulares. Las comunicaciones por satélite también son un tema aparte a considerar y no lo abordaremos aquí. Solo debes tener en cuenta que Una parte muy importante del espectro de frecuencias está ocupada por los existentes. comunicaciones por satélite o reservado para el futuro.

Directividad de la antena

En las redes de transmisión de radio se utilizan como estrechamente enfocado antenas, y antenas con un sector de cobertura más amplio, hasta omnidireccional (circular). Para tipo de conexión punto a punto se utilizan dos antenas (estrictamente) direccionales; Así se construyen, por ejemplo, líneas de transmisión de radioenlaces , en el que la distancia entre torres de relevo vecinas puede ser de decenas de kilómetros. Antena direccional estrecha enfoca el haz de radio, aumentando su densidad de energía; Así, un transmisor de una determinada potencia “dispara” a una distancia mayor.

Otro tipo de comunicación se obtendrá utilizando únicamente antenas omnidireccionales. En este caso se logrará la conectividad cada uno con cada . Esta topología suele ser utilizada por pequeñas redes institucionales implementadas en un área limitada.

Finalmente, si en el centro de la "celda" colocamos estación base con una antena omnidireccional y equipamos a todos los suscriptores a los que sirve con antenas direccionales enfocadas en ella, luego obtenemos una topología punto-muchos puntos . Si también conecta estaciones base entre sí en una determinada jerarquía (o líneas de retransmisión de radio o simplemente conexiones de radio punto a punto, o canales de cable), entonces obtendremos una red celular completa. En este caso se solucionará red celular, ya que el abonado de telefonía móvil no puede disponer de una antena direccional.

Comentario: La red móvil celular se basa en el mismo principio, pero con el uso de antenas omnidireccionales también para los suscriptores móviles, que no interfieren entre sí porque siempre hablan. diferentes canales(o alternando en el mismo canal), y porque la señal de dispositivo móvil mucho más débil que la señal de la estación base y solo se puede recibir correctamente estación base, pero no con otro dispositivo móvil.

Tecnología de señal de banda ancha (BTS)

Para enviar una señal de radio de alta potencia en el rango de microondas, se necesita un transmisor costoso con un amplificador y una antena costosa de gran diámetro. Para recibir una señal de baja potencia sin interferencias, también necesita una antena grande y costosa y un receptor costoso con amplificador.

Este es el caso cuando se utiliza una señal de radio convencional de "banda estrecha", cuando la transmisión se produce en una frecuencia específica, o más precisamente, en una banda estrecha del espectro de radio que rodea esta frecuencia ( canal de frecuencia). El panorama se complica aún más por diversas interferencias mutuas entre señales de banda estrecha de alta potencia transmitidas cerca una de otra o en frecuencias similares. En particular, una señal de banda estrecha puede simplemente ser bloqueada (accidental o intencionalmente) por un transmisor de potencia suficiente sintonizado en la misma frecuencia.

Fue esta vulnerabilidad a la interferencia de las señales de radio convencionales lo que llevó al desarrollo, primero para aplicaciones militares, de un principio de transmisión de radio completamente diferente llamado tecnología. señal de banda ancha, o señal similar a un ruido(ambas versiones del término corresponden a la abreviatura SPS ). Después de muchos años de uso exitoso en defensa, esta tecnología ha encontrado su camino hacia solicitud civil, y es en esta capacidad que se discutirá aquí.

Se encontró que además de sus propiedades características (su propia inmunidad al ruido y bajo nivel de interferencia generada), esta tecnología resultó ser relativamente barato en producción en masa . La rentabilidad se debe al hecho de que toda la complejidad de la tecnología de banda ancha está programada en varios componentes microelectrónicos ("chips"), y el costo de la microelectrónica en la producción en masa es muy bajo. En cuanto al resto de componentes de los dispositivos de banda ancha (electrónica de microondas, antenas), son más baratos y sencillos que en el caso habitual de "banda estrecha", debido a la potencia extremadamente baja de las señales de radio utilizadas.

La idea de ShPS es que utiliza mucho mas banda ancha frecuencias de lo necesario para una transmisión normal (en un canal de frecuencia estrecha). Se han desarrollado dos métodos fundamentalmente diferentes para utilizar una banda de frecuencia tan amplia: el método de espectro ensanchado de secuencia directa (DSSS) y el método de espectro ensanchado por salto de frecuencia (FHSS). Ambos métodos los proporciona el estándar 802.11 (Radio-Ethernet).

Método de secuencia directa (DSSS)

Sin entrar en detalles técnicos, el método de secuencia directa (DSSS) se puede considerar de la siguiente manera. Toda la banda de frecuencia "ancha" utilizada se divide en una cierta cantidad de subcanales; según el estándar 802.11, hay 11 de estos canales, y los contaremos como tales en la descripción adicional. Cada bit de información transmitido se convierte, según un algoritmo prefijado, en una secuencia de 11 bits, y estos 11 bits se transmiten simultáneamente y en paralelo, utilizando los 11 subcanales. Cuando se recibe, la secuencia de bits recibida se decodifica utilizando el mismo algoritmo que cuando se codifica. Otro par receptor-transmisor puede utilizar un algoritmo de codificación-decodificación diferente, y puede haber muchos algoritmos diferentes.

El primer resultado obvio del uso de este método es la protección. información transmitida de escuchas ilegales (un receptor DSSS "extranjero" utiliza un algoritmo diferente y no podrá decodificar información que no sea de su transmisor). Pero otra propiedad del método descrito resultó ser más importante. Se basa en el hecho de que gracias a los 11 veces redundancia se pueden hacer transferencias señal de muy baja potencia (en comparación con el nivel de potencia de la señal utilizando tecnología de banda estrecha convencional), sin aumentar el tamaño de las antenas .

En este caso, la relación entre el nivel de la señal transmitida y el nivel de ruido, (es decir, interferencia aleatoria o intencionada), de modo que la señal transmitida ya no se puede distinguir en el ruido general. Pero gracias a su redundancia 11 veces mayor, el dispositivo receptor aún podrá reconocerlo. Es como si nos escribieran la misma palabra 11 veces, y algunas copias resultaron escritas con letra ilegible, otras medio borradas o en un papel quemado, pero aún así, en la mayoría de los casos, podremos determinar qué tipo de palabra es comparando las 11 copias.

Otra característica extremadamente útil de los dispositivos DSSS es que, gracias a la muy nivel bajo fuerza su señal, prácticamente no interfieren con los dispositivos de radio convencionales (banda estrecha de alta potencia), ya que estos últimos confunden la señal de banda ancha con ruido dentro de los límites permitidos. Del otro lado - dispositivos regulares no interfieren con las señales de banda ancha, ya que sus señales de alta potencia son "ruidosas", cada una solo en su propio canal estrecho y no puede ahogar toda la señal de banda ancha. Es como si una letra escrita en tamaño grande estuviera sombreada con un lápiz fino y un rotulador grueso: si los trazos no están seguidos, podremos leer la letra.

Como resultado, podemos decir que el uso de tecnologías de banda ancha permite utilizar la misma sección del espectro radioeléctrico. dos veces- dispositivos convencionales de banda estrecha y "además de ellos" - banda ancha.

Resumiendo, podemos destacar las siguientes propiedades de la tecnología NPS, al menos para el método de secuencia directa:

- Inmunidad al ruido.

- No interfiere con otros dispositivos.

- Confidencialidad de las transmisiones.

- Rentable para la producción en masa.

- Oportunidad reutilizar la misma parte del espectro.

Método de salto de frecuencia (FHSS)

Al codificar mediante el método de salto de frecuencia (FHSS), toda la banda de frecuencia asignada para las transmisiones se divide en varios subcanales (según el estándar 802.11, hay 79 de estos canales). Cada transmisor utiliza sólo uno de estos subcanales en un momento dado, saltando regularmente de un subcanal a otro. El estándar 802.11 no fija la frecuencia de dichos saltos; se puede configurar de forma diferente en cada país. Estos saltos se producen de forma sincronizada en el transmisor y en el receptor en un intervalo predeterminado. secuencia pseudoaleatoria, conocido por ambos; Está claro que sin conocer la secuencia de conmutación, también es imposible aceptar la transmisión.

Otro par transmisor-receptor utilizará una secuencia de conmutación de frecuencia diferente, configurada independientemente del primero. Puede haber muchas secuencias de este tipo en una banda de frecuencia y en un área de línea de visión (en una “celda”). Está claro que a medida que aumenta el número de transmisiones simultáneas, también aumenta la probabilidad de colisiones, cuando, por ejemplo, dos transmisores saltaron simultáneamente a la frecuencia número 45, cada uno de acuerdo con su propia secuencia, y se bloquearon entre sí.

El método de salto de frecuencia, al igual que el método de secuencia directa descrito anteriormente, proporciona confidencialidad y cierta inmunidad a las interferencias de las transmisiones. La inmunidad al ruido está garantizada por el hecho de que si el paquete transmitido no se pudo recibir en ninguno de los 79 subcanales, el receptor lo informa y la transmisión de este paquete se repite en uno de los siguientes subcanales (en la secuencia de salto).

Señales de banda estrecha y banda ancha

1.Señal de banda estrecha

Una señal se denomina banda estrecha (NB) si el ancho de su espectro es significativamente menor que la frecuencia promedio (Fig. 1.1):

Los representantes típicos de UPS son las señales de radio moduladas. Los UPS también pueden incluir varias señales de radio con sus propios operadores, que juntas ocupan una banda de frecuencia bastante estrecha.

Como primera aproximación, para analizar el paso del SAI a través de circuitos radioelectrónicos, dicha señal se puede representar como armónica a una frecuencia media. Se proporciona una mejor aproximación representando el UPS en forma de una oscilación casi armónica, en la que la amplitud y la frecuencia instantáneas cambian lentamente (en comparación con ). En este caso, se supone que en un tiempo suficientemente corto (menos que los cambios de amplitud y frecuencia), la señal puede considerarse armónica.

En general, el UPS se puede representar como

donde y -Funciones del tiempo que cambian lentamente.

Para las oscilaciones clásicas de AM y FM, la frecuencia promedio coincide con la frecuencia portadora de la señal. Para una elección clara y óptima Se utiliza el aparato de transformada de Hilbert, según el cual para un UPS dado se encuentra la función conjugada, definida como

La envolvente definida de esta manera coincide con la señal en momentos donde , es decir tienen tangentes comunes, y en los puntos de tangencia la función está cerca de los máximos (figura 1.2):

Para una señal de la forma, la función conjugada de Hilbert es igual a a para .

Según estas relaciones para una señal armónica, la envolvente y la frecuencia son iguales, respectivamente:

como era de esperar. Si elige la frecuencia promedio arbitrariamente, incluso para una señal armónica puede obtener una envolvente bastante compleja que no se corresponde con la realidad.

Consideremos, como ejemplo, un SAI formado por la suma de componentes armónicos:

Para tal señal

Después de las transformaciones, podemos obtener la siguiente expresión para la frecuencia instantánea

Para una señal de dos frecuencias (N=2) tenemos

Por lo tanto, la suma de dos señales cercanas en frecuencia () se puede escribir en forma de una oscilación cuasi armónica:

La Figura 1.3 ilustra un ejemplo de una señal que consta de dos señales armónicas con amplitudes iguales (==).

Abajo en la Fig. 1.4 y Fig. 1.5 muestran gráficos normalizados de un período de la envolvente y frecuencia instantánea: señal biarmónica para , 0,5 y 0,1.

A medida que disminuye la amplitud de una de las señales, la frecuencia instantánea (Fig. 5) cambia continuamente incluso a bajas k la frecuencia promedio está cerca de la frecuencia de la señal más grande. De los gráficos de la Fig. 3, figura. 4, fig. 5 muestra que cuando interactúan dos señales con amplitudes iguales, la envolvente de amplitud cambia del doble de la amplitud de cada una a cero. Además, en cero de la fase envolvente abruptamente cambia a , que formalmente significa la transición a través del infinito (espacio) de la frecuencia instantánea, y el resto del tiempo

A medida que disminuye la amplitud de una de las señales, la frecuencia instantánea (Fig. 1.5) cambia continuamente incluso a bajas k la frecuencia promedio está cerca de la frecuencia de la señal más grande.

en bajo k el sobre se puede representar de forma aproximada

de lo cual se puede ver que la envolvente en este caso depende linealmente de la amplitud de la señal pequeña con una amplitud constante de la grande. Si la pequeña señal a su vez es casi armónica

Así, el sobre resultante contiene información lineal sobre cambios en la amplitud y fase de una pequeña señal, lo que permite aislar esta información en el receptor sin distorsiones no lineales.

2 . Señal de banda ancha

Definición de ShPS. Aplicación de ShPS en sistemas de comunicación.

Las señales de banda ancha (complejas, similares al ruido) (WPS) son aquellas señales en las que el producto del ancho del espectro activo F y la duración T es mucho mayor que la unidad. Este producto se llama base de señal B. Para ShPS

B = PIES>>1 (1)

Las señales de banda ancha a veces se denominan señales complejas, a diferencia de las señales simples (por ejemplo, rectangulares, triangulares, etc.) con B = 1. Dado que las señales con una duración limitada tienen un espectro ilimitado, se utilizan varios métodos y técnicas para determinar el ancho del espectro.

En sistemas de comunicación con redes de banda ancha, la anchura del espectro de la señal F emitida es siempre mucho mayor que la anchura del espectro del mensaje de información.

Los ShPS se utilizan en sistemas de comunicación de banda ancha (BCS) porque:

proporcionar alta inmunidad al ruido a las comunicaciones;

le permitirá combatir con éxito la propagación de ondas de radio por trayectos múltiples dividiendo los haces;

permitir el funcionamiento simultáneo de muchos suscriptores en una banda de frecuencia común;

permitirle crear sistemas de comunicación con mayor secreto;

Proporcionar un mejor uso del espectro de frecuencias en un área limitada en comparación con los sistemas de comunicación de banda estrecha.

Inmunidad al ruido de ShPSS

Está determinado por la conocida relación entre señal y ruido en la salida del receptor q 2 con la relación señal-ruido en la entrada del receptor ρ 2:

q 2 = 2Вρ 2 (2)

donde ρ 2 = R s / R p (R s, R p - potencia e interferencia del ShPS);

EN - Base ShPS.

Valor q 2 se puede obtener según los requisitos del sistema (10...30 dB) incluso si ρ 2<<1. Для этого достаточно выбрать ШПС с необходимой базой В, satisfactorio (2). Como puede verse en la relación (2), la recepción de NPS mediante un filtro o correlador adaptado va acompañada de una amplificación de la señal (o supresión de ruido) de 2 V. una vez. Por eso el valor

K ShPS = q 2 /ρ 2 (3)

h2 = Bρ2 (4)

Por tanto, uno de los principales objetivos de los sistemas de comunicación con redes de banda ancha es garantizar una recepción fiable de información bajo la influencia de fuertes interferencias, cuando la relación señal-interferencia en la entrada del receptor ρ 2 puede ser mucho menor que la unidad. Cabe señalar una vez más que las relaciones anteriores son estrictamente válidas para la interferencia en forma de un proceso aleatorio gaussiano con una densidad de potencia espectral uniforme (ruido “blanco”).

Principales tipos de ShPS

Hay una gran cantidad de ShPS diferentes, que se dividen en los siguientes tipos:

señales de frecuencia modulada (FM);

señales multifrecuencia (MF);

señales con modulación de fase codificada (PM) (señales con modulación de fase codificada - señales QPSK);

señales de frecuencia discreta (DF) (señales con modulación de frecuencia codificada - señales FFM, señales de modulación por desplazamiento de frecuencia (FM));

frecuencia compuesta discreta (DCF) (señales compuestas con modulación de frecuencia de código - señales CFM).

Frecuencia modulada (FM) Las señales son señales continuas, cuya frecuencia varía según una ley determinada. En la figura. 2.1a, se representa una señal de FM, cuya frecuencia varía según una ley en forma de V de f 0 -F/2 a f 0 +F/2, donde f 0 es la frecuencia portadora central de la señal, F - ancho del espectro, a su vez, igual a la desviación de frecuencia F = ∆f d. La duración de la señal es T.

En arroz. 2.1b muestra el tiempo-frecuencia (f, t) - avión, en que muestra aproximadamente la distribución de la energía de la señal de FM por frecuencia y tiempo mediante sombreado.

La base de la señal de FM por definición (1) es igual a:

B = FT=∆f d T (5)

Multifrecuencia (MF) las señales (Fig. 2.2a) son la suma norte armónicos u(t) ... u N (t) , cuyas amplitudes y fases se determinan de acuerdo con las leyes de formación de señales. En el plano frecuencia-tiempo (Fig. 2.2b), la distribución de la energía de un elemento (armónico) de la señal MF en la frecuencia f k se resalta mediante sombreado. Todos los elementos (todos los armónicos) cubren completamente el cuadrado seleccionado con lados F y T. La base de la señal B es igual al área del cuadrado. El ancho del espectro del elemento es F 0 ≈1/T. Por lo tanto, la base de la señal MF

B = F/F 0 =N (6)

Arroz. 2.1 - Señal modulada en frecuencia y plano tiempo-frecuencia

a) tienen un factor de cresta malo (ver Fig. 2.2a);

b) obtener una base grande EN es necesario tener una gran cantidad de canales de frecuencia NORTE. Por lo tanto, las señales MF no se consideran más.

Clave de cambio de fase (PM) las señales representan una secuencia de pulsos de radio, cuyas fases varían según una ley determinada. Normalmente, la fase toma dos valores (0 o π). En este caso, la señal de radiofrecuencia FM corresponde a una señal de vídeo FM (Fig. 2.3a), que consta de pulsos positivos y negativos. Si el número de pulsos es N , entonces la duración de un pulso es igual a τ 0 = T/N , y el ancho de su espectro es aproximadamente igual al ancho del espectro de la señal F 0 = 1/τ 0 =N/T. En el plano tiempo-frecuencia (Figura 3b), la distribución de la energía de un elemento (pulso) de la señal de FM se resalta mediante sombreado. Todos los elementos se superponen a un cuadrado seleccionado con lados F y T. Base de señal FM

B = FT =F/τ 0 =N, (7)

aquellos. B es igual al número de pulsos en la señal.

Fig 2.2 - Multifrecuencia

Fig 2.3 - Fase codificada Plano de señal y tiempo-frecuencia.

Cabe señalar que es aconsejable procesar señales PM con bases grandes utilizando correlacionadores (en un LSI o en un CCD). En este caso, B = 4∙10 4 parece ser limitante. Pero cuando se utilizan correlacionadores, es necesario, en primer lugar, resolver la cuestión de la adquisición acelerada de sincronismo. Dado que las señales de FM permiten utilizar ampliamente métodos y técnicas digitales de generación y procesamiento, y es posible implementar dichas señales con bases relativamente grandes, las señales de FM son uno de los tipos prometedores de NPS.

Como puede verse en la Figura 4b, la energía de la señal DF se distribuye de manera desigual en el plano tiempo-frecuencia. Base de datos de señales HF

B = FT = МF 0 МТ 0 = М 2 F 0 Т 0 = М 2 (8)

Frecuencia compuesta discreta (DCF) Las señales son señales de HF en las que cada pulso se reemplaza por una señal similar a un ruido. En la figura. La Figura 2.5a muestra una señal de frecuencia de video FM, cuyas partes individuales se transmiten en diferentes frecuencias portadoras. Los números de frecuencia se indican encima de la señal de FM. La Figura 2.5b muestra el plano tiempo-frecuencia, en el que la distribución de la energía de la señal DFS está resaltada mediante sombreado. La figura 2.5b no difiere en estructura de la figura. 2.4b, pero para la Fig. 2.5b el área F 0 T 0 = N 0 -igual al número de pulsos de señal FM en un elemento de frecuencia de la señal DFS. base de señal DFS

B = FT = M 2 F 0 T 0 = N 0 M 2 (9)

Número de pulsos de la señal PM total N=N 0 M

Arroz. 2.4 - Frecuencia discreta Plano de señal y tiempo-frecuencia.

Mostrado en la Fig. 2.5 La señal DFS contiene señales de FM como elementos. Por lo tanto, abreviaremos esta señal como señal DFS-FM. Como elementos de la señal DFS, podemos tomar señales DFS. Si la base del elemento de señal DF B = F 0 T 0 = M 0 2 entonces la base de toda la señal B = M 0 2 M 2

Figura 2.5 - Frecuencia compuesta discreta Señal de manipulación por desplazamiento de fase DFS-FM y plano tiempo-frecuencia.

Esta señal se puede abreviar como DSCH-FM. El número de canales de frecuencia en una señal DFS-FM es M 0 M. Si la señal DFS (ver Figura 2.4) y la señal DFS-FM tienen bases iguales, entonces tienen el mismo número de canales de frecuencia. Por tanto, la señal DFS-FM no tiene ventajas especiales sobre la señal DF. Pero los principios de construcción de una señal de FM pueden resultar útiles a la hora de construir grandes sistemas de señales de FM. Por tanto, las señales de banda ancha más prometedoras para los sistemas de comunicación son las señales de FM, MF y DFS-FM.

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