Модуляция на шумоподобном переносчике

Шумоподобные сигналы (ШПС) или, иначе говоря, широкополосные сигналы или, иначе, псевдослучайные или сложные сигналы имеют ряд существенных преимуществ перед простыми сигналами. Понятие простого и сложного сигналов определяется величиной, называемой базой сигнала
B = ∆F×T, которая находится произведением занимаемой полосы частот на длительность. У простых сигналов база примерно равна или близка к единице В ≈ 1. Например, если считать, что основной спектр прямоугольного видеоимпульса заключен в первом "лепестке" спектра, т.е. до частоты f = 1/τ_u (кстати, эффективная полоса частот прямоугольного видеоимпульса определяется как ∆f_эф = 1,37/τ_u), то произведение ∆F×τ_u = 1. У сложных сигналов В>>1. Для финитных сигналов с ограниченной длительностью полоса частот крайне велика, что дало возможность называть их широкополосными. Корреляционная функция у них имеет острый пик, что дало возможность называть их шумоподобными, т.к. для шумового сигнала имеет острый пик корреляционной функции, но т.к. эти сигналы все же не случайные, а вполне детерминированные, определился термин псевдослучайные. ШП сигналы обладают повышенной помехоустойчивостью, позволяющей принимать и обрабатывать сигналы, имеющие мощность ниже уровня шума. Коэффициент усиления ШП сигнала определяется способом его формирования и находится из выражения К_ус = q²/ρ², где q² – отношение сигнал/шум на выходе схемы обработки, а ρ² – отношение на входе системы (например, у системы GPS - Global Position System – системы спутникового самоопределения, использующей сложный ФМ сигнал при ширине спектра в 25 мГц, коэффициент усиления составляет 47).

Существует большое разнообразие сложных сигналов. Применяются они для импульсной модуляции (манипуляции) и заключаются, в основном, во внутриимпульсной дополнительной модуляции. Это:

- частотно-модулированные сигналы ЧМ (наиболее распространенный ЛЧМ – линейный ЧМ сигнал);

- многочастотные сигналы МЧ;

- дискретные составные частотные сигналы ДСЧ;

- с кодовой частотной модуляцией КЧМ;

- фазоманипулированные сигналы ФМ;

- фазоманипулированные кодовые сигналы КФМ.

Здесь кратко рассмотрим сигналы КФМ. Это, прежде всего, создание внутренней кодовой манипуляции, создание специальной импульсной последовательности бинарных сигналов. Рассмотрим принцип кодового уплотнения на примере кода Баркера-5. Передаваемый импульс в системе связи разделим на пять временных участков, каждый из которых в дальнейшем будет заполнен гармонической несущей, но в каждом участке со своей фазой (0;π).

Рис. 4.26

Код Баркера представляет собой особую числовую (двоичную) последовательность, обладающую специфическим свойством, а именно корреляционной функцией с максимальным пиком (корреляционная функция, определяющая связь между мгновенными значениями сигнала, совпадает с выходным напряжением оптимального согласованного фильтра (см. лекцию 5)).

Коды Баркера для разной длины кода имеют значения:

Код Баркера существует только для перечисленных последовательностей. Построим корреляционную функцию для пятиэлементного кода Баркера, взятого нами для примера. Строим таким образом: запишем пятиэлементный код знаками + и – в строку, слева в столбец также запишем этот код. Строка и столбец образуют обрамление матрицы, которую начинаем заполнять по строкам выбранного кода, каждый раз сдвигая строку на один шаг (один элементарный импульс) и инвертируя код, если в столбце оказывается "-".

Нанесем полученные значения на график и соединим точки отсчета:

Рис. 4.27

График корреляционной функции на рис. 4.27 показывает уровень огибающей сигнала на выходе согласованного фильтра, наличие острого пика в этой функции определяется сложением по фазе всех составляющих сложного сигнала и позволяет уверенно выделить этот сигнал из всех других.

Реальный временной сигнал с уплотненным кодом Баркера и применением фазоманипулированных сигналов представлен на рис. 4.28.

На рис. 4.28а приведен передаваемый импульс, а на рис. 4.28б в системе АМ-КФМ_н, на рис. 4.28в сигнал на выходе согласованного фильтра.

а)

б)

в)

Рис. 4.28

Кроме кодов Баркера существует значительное число других кодов, обладающих подобными свойствами: это, прежде всего, m-последовательности (квазислучайные), коды, построенные на полиномах Лежандра, Холла, Якоби и др., сигналы Фрэнка и т.д. Некоторые кодовые последовательности рассмотрим в лекции 6 при исследовании многоканальных систем.

Сейчас только отметим преимущества сложных сигналов:

- помехоустойчивость;

- скрытность;

- хорошее использование каналов связи;

- возможности создания параллельных каналов связи, работающих в одной полосе частот в одно и то же время и различающихся только кодовым набором (асинхронно-адресные системы связи).

Литература:

[1] стр. 117-123.

Контрольные вопросы:

1. Какие сигналы называются сложными?

2. Дайте определение базы сигнала.

3. Как строится внутренняя структура видеоимпульса?

4. Что такое код Баркера?

5. Почему сигнал с кодом Баркера имеет лучшие показания по помехоустойчивости?