Тема 25. Принципы сверхширокополосной связи.

Сверхширокополосные устройства (UWB) появились в 1990 году. К ним относятся устройства, у которых ширина спектра соизмерима с центральной частотой. На практике к UWB устройствам относят системы со спектральной полосой не менее 1,5Ггц. Рассмотрим суть технологии UWB.

Импульс – моноцикл Гаусса имеет вид (Рис. 49)

Рис.49

Для импульса длительностью 0,5 нс центральная частота равна 2Ггц, а ширина полосы – около 3,2Ггц. Информация кодируется посредством временной позиционно-импульсной модуляции.

Рис.50

Смещение импульса относительно его центрального положения в последовательности вперед задает «0», назад – «1». Время смещения не превышает четверти длительности импульса. Например, (Рис.50) в последовательности импульсов длительностью 0,5 нс с интервалом между импульсами 100 нс импульс, пришедший на 100 пикосекунд (пс) раньше – это 0, на 100 пс позже – это 1. Один информационный бит кодируется последовательностью многих импульсов, например, 200 импульсов на бит.

Разделение каналов производится сдвигом положения каждого импульса на время, пропорциональное текущему значению некоторой псевдослучайной последовательности. При этом время сдвига в несколько раз выше, чем смещение при временной модуляции.

Применяя систему ортогональных кодов для управления временными задержками импульсов, теоретически можно в одной полосе создавать тысячи голосовых каналов связи.

Таким образом, в отличие от технологии множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA), системы импульсного радио используют ортогональные псевдослучайные последовательности не для расширения спектра сигнала, а только для сглаживания его спектральной характеристики, формирования отдельных каналов связи и защиты от помех.

CDMA (Code-Division Multiple Access) расшифровывается как множественный доступ с кодовым разделением каналов. Ранее технология CDMA применялась только в военных системах связи из-за высокой стоимости систем.

С развитием микроэлектроники стало возможным создание недорогих портативных систем связи CDMA. Американская компания Qualcomm разработала спецификацию IS-95(cdmaOne). Эта спецификация является основной для развития сотовых сетей третьего поколения 3G.

Различают три вида кодового разделения каналов – расширение спектра методом прямой последовательности (DS), частотных скачков (FH) и временных скачков (TH).

В технологии CDMA-DS каждый бит информационного сигнала заменяется некоторой фиксированной последовательностью импульсов определенной длины – базой сигнала. Ноль и единица могут кодироваться инверсными последовательностями. Для каждого канала задается свой код последовательности. Спектр сигнала расширяется пропорционально длине базы. В приемнике вычисляются корреляционные интегралы входного сигнала и кодовой последовательности определенного канала. В результате принимается тот сигнал, который был расширен посредством заданной кодовой последовательности. Все остальные сигналы воспринимаются как шум.

В 1995 году заработала первая сеть в стандарте IS-95 (CDMAOne). Сети этого стандарта занимают тот же диапазон частот, что и сети GSM.

В сети IS-95 прямой канал содержит 64 логических каналов, которые формируются за счет расширения спектра сигнала последовательностями Уолша. Рассмотрим процесс передачи в прямом канале (Рис.51).

Рис.51

Входной поток (данные, оцифрованный голос) подвергается кодированию, и попадают в повторитель, который может повторять передачу одного блока до 8 раз. После этого данные поступают в блок перемежения, защищающий от групповых ошибок.

Далее поток перемножается с 42 разрядным числом – идентификационным номером мобильной станции. На этом этапе скорость потока возрастает до 19,2 Кsps (1sps – это элемент модулированной последовательности сигналов, соответствующий одному биту).

Прежде чем попасть на модулятор, сигнал дополнительно расширяется псевдослучайной последовательностью с коротким кодом (период равен ) и раскладывается на квадратурные составляющие. Таким образом, несущая частота модулируется методом четырехпозиционной фазовой манипуляции – QPSK. Передача ведется пакетами длительностью 20мс.

Обратный канал делится на логических каналов. Каждой мобильной станции присвоен свой логический канал на основе 42-битного идентификационного номера. Передача в обратном канале во многом аналогична передаче в прямом канале.

Благодаря широкополосности сигнала уменьшается его мощность. Сильно возрастает помехоустойчивость, а с ней и качество связи. Узкополосные помехи не влияют на широкополосный сигнал.

Дата добавления: 2015-09-05