В системеDSSSспектр цифрового информационного сигнала расширяется путем прямого умножения на псевдослучайную последовательность.

ПустьT_b–длительность информационного символа(бита).Для представления одно-го информационного символа используется двоичная последовательность длиной М.Каж-дый элемент двоичной последовательности,называемый чипом,длится Т_с=T_b/М секунд.Последовательность выбирается таким образом,чтобы стороннему наблюдателю она ка-залась случайной,т.е.с его точки зрения ее свойства должны быть похожи на свойства шума.Поскольку длительность кодового импульса в М раз меньше длительности инфор-мационного бита,то спектр сигнала с представлением информационных битов в виде псевдослучайной последовательности в М раз шире спектра первоначального информаци-онного сигнала.

Из теории систем связи известно,что оптимальным для приема сигналов,искажен-ных белым гауссовым шумом,является корреляционный приемник.Он перемножает ис-каженный принятый сигнал с известным,синхронизированным по отношению к принято-му,опорным сигналом.В нашем случае опорный–псевдослучайный сигнал,используе-мый в передатчике для представления информационных битов.

На рисунке5.1изображены передатчик и приемник системыDS-SS.Предполагается,что двоичные информационные сигналы,приведенные на рисунке5.1,имеют биполярное

представление,т.е.поляризация псевдослучайной последовательности(ПСП)информаци-онными битами эквивалентна умножению этой последовательности на-1или+1.

Рисунок5.1 –Обобщенная структура системыDS-SS

На основании схемы,представленной на рисунке5.1,можно сделать вывод о том,что ПСП рассматривается в качестве элементарного сигнала,характеризующего один ин-формационный бит,в то время как та же самая последовательность обратной полярностью представляет собой логическое отрицание бита.

Эффект расширения спектра возможен и тогда,когда период псевдослучайной по-следовательности превышает длительность одного информационного бита.

СистемаDS-SSпредставляет собой альтернативу системам с узкополосным сигна-

лом.

Рассмотрим преимущества этой системы.

Ранее системы с расширением спектра применялись только в военных целях.Псев-дошумовой сигнал с мощностью,не превышающей уровня шума,очень трудно обнару-жить.Для возможности его распознавания приемник должен знать конкретную псевдо-случайную последовательность,используемую в передатчике,и быть с ним синхронизо-ван.

В реальных системах используются псевдослучайные последовательности с перио-дом от нескольких десятков до многих тысяч битов.Количество различных последова-тельностей тем больше,чем больше их период.Выбор последовательности производится таким образом,чтобы ее автокорреляционная функция была приблизительно равна нулю независимо от временного сдвига между последовательностью и ее сдвинутой копией.Исключение составляет нулевой сдвиг,при котором автокорреляционная функция прини-мает свое максимальное значение.

В то же самое время функция взаимной корреляции различных последовательностей одной и той же длины должна быть равна нулю для любого временного сдвига между коррелированными последовательностями.

Нулевая автокорреляционная функция для любых отличных от нуля временных сдвигов делает систему устойчивой к многолучевому распространению.Такая устойчи-вость возникает,если длительность чипа короче наименьшей разности между задержками распространения сигнала различными путями.

Сигнал приходит в приемник в виде нескольких сдвинутых во времени копий-реплик.Разности между временными сдвигами обычно больше длительности чипа.Сле-довательно,приемник синхронизируется с сильнейшей составляющей принятого сигнала.

В результате корреляционной обработки все остальные реплики сигнала отбрасываются.Точно так же,благодаря нулевой взаимной корреляции между двумя различными после-довательностями,отбрасываются сигналы других пользователей.Однако мы должны об-ратить внимание на то,что игнорирование всех принимаемых реплик сигнала(за исклю-чением самой сильной)не является оптимальной стратегией.Оно приводит к потере ин-формации,содержащейся в отбрасываемых эхо-сигналах.

Реплики можно использовать после выделения и суммирования таким образом,что-бы энергия суммы сигналов была максимальной.Эта операция реализуется вRAKE-при-

емнике. RAKE –это основной тип приемника,используемого в каналах с многолучевым распространением.

Из свойства взаимной корреляции используемых псевдослучайных последовательно-стей можно вывести интересную особенность систем с расширенным спектром.Благодаря тому,что корреляционные устройства приемника,пропускают только единственную по-следовательность,один и тот же спектр может разделяться между многими пользователя-ми,применяющими различные псевдослучайные последовательности.Это свойство лежит в основе метода многостанционного доступа с кодовым разделением каналов(англ.

Code Division Multiple Access – CDMA).

Разработчики военных систем были заинтересованы в системах с расширением спек-тра потому,что эти системы обладают естественной устойчивостью к узкополосным ис-кажениям.

На рисунке5.2эта особенность хорошо продемонстрирована.На нем также показана схема работы системыDS-SSв определенной частотной области.Используются следую-щие сокращенияS_b(f)–спектр сигнала,содержащего информацию,S_c(f)–спектр расши-ряющей кодовой последовательности,S_mod(f)–спектр сигнала на выходе модулятора с двоичной фазовой модуляцией(BPSК-модулятора),S_dem(f)–спектр на выходеBPSK-демодулятора.Н_int(f)–передаточная функция интегрирующей цепи иS_out(f)–спектр вы-ходного сигнала.

В результате корреляционной обработки,состоящей из умножения на ПСП и после-дующего интегрирования,спектр узкополосного искажения расширяется.

Спектр псевдослучайной последовательности очень широк,и произведение искаже-ния на псевдослучайный сигнал во временном интервале эквивалентно свертке их спек-тров.Таким образом,на выходе интегратора остается только малая часть энергии иска-жающего сигнала.

Существуют другие варианты широкополосных систем.Несмотря на это,системаDS-SS чаще других применяется во втором и третьем поколениях сотовой телефонии, а также в беспроводных абонентских шлейфах;она будет использоваться и в персональных системах спутниковой связи.

Если свойства канала изменяются во времени,то может оказаться достаточно слож-но обеспечить синхронный прием и,особенно,реализовать восстановление синхрониза-ции с точностью до доли кодового импульса.В этом случае в системах с расширением спектра используются так называемые скачки частоты.

Рисунок5.2 –Спектры сигналов в различных частяхDSSS-системы при наличии узкополосного искажения

Система со скачкообразным изменением частоты(англ.Frequency Hopping SpreadSpectrum – FH-SS) изображена на рисунке5.3.

Рисунок5.3 –Обобщенная структурная схемаFH-SS

Биты данных,которые дополни-тельно могут ко-дироваться с уп-реждающей кор-

рекцией ошибок(FEC), воздейст-

вуют на выход модулятора час-тотной манипуля-

ции(FSK). FSK-

сигнал сдвигается по частоте на интервал,определяемый псевдослучайным генератором,который управляется синтезатором частот.

Если синтезатор может сгенерировать2т- 1различных частот,то выходная часто-та определяется т последовательными битами генератора ПСП.

Из-за широкого частотного диапазона генерируемых сигналов очень сложно обес-печить фазовую синхронизацию между несущими частотами,выбираемыми при последо-вательных скачках.Поэтому в приемнике используется некогерентныйFSK-демодулятор.Обратим внимание на то,что скачки частоты происходят много раз за период трансляции одного информационного бита.ПериодFSK-модуляции Т_ь разделен на множество корот-ких временных интерваловT_h,называемых временем скачка.В этом случае говорят о бы-