1.1. Особенности построения широкополосных систем связи на базе технологии СОМА
Впервые широкополосные методы передачи были применены в конце 2-й мировой войны в военных радиотехнических системах для обеспечения высокого разрешения по дальности и борьбы с преднамеренными помехами противника [4].
В течение последующих десятилетий широкополосная техника использовалась исключительно в военных целях, и только в последние годы значительное распространение получили коммерческие широкополосные системы связи. Отличительной особенностью широкополосных систем является то, что используемая в них полоса частот намного больше, чем минимально требуемая для передачи информации с данной скоростью.Системы, определяемые как широкополосные, должны удовлетворять следующим требованиям:
Сигнал должен занимать полосу частот во много раз превышающую минимально необходимую для этой передачи;
Расширение спектра осуществляется посредством широкополосного кодового сигнала, который не зависит от передаваемых данных.
Восстановление переданных данных на приемной стороне осуществляется посредством корреляции принятого широкополосного сигнала с опорным кодовым сигналом, используемым для расширения спектра. Любая помеха, в том числе и сосредоточенная по спектру "перемалывается" на выходе корреляционного приемника за счет своей несхожести по форме с полезным сигналом.
Основными преимуществами методов широкополосной передачи являются:
Спектр сигналов широкополосных систем может перекрываться со спектрами сигналами других систем без заметного снижения их качества работы;
широкополосные сигналы позволяют эффективно бороться с помехами, вызванными многолучевым распространением сигнала;
широкополосные системы характеризуются хорошим качеством работы в условиях частотно-селективных замираний;
4) широкополосные системы обеспечивают высокую помехозащищенность в условиях действия преднамеренных помех;
широкополосные системы обладают повышенной скрытностью и конфиденциальностью передачи;
широкополосные системы обладают высокой электромагнитной совместимостью с другими системами.
Важными параметрами, характеризующими работу широкополосных систем связи, являются выигрыш обработки вр и запас по помехе или помехозащищенность I [15].
Выигрыш обработки Ор есть отношение сигнал/шум на выходе к сигнал/шум на входе и для широкополосных систем равенСР=-^ , (1.1)
где АУ^- есть ширина полосы частот широкополосного сигнала, а В1 - ширина полосы частот информационного сигнала. Запас помехоустойчивости т, выраженный в децибелах, определяется как
1<5р-[Цу1 + (Еьто)Ч)св.] ,(1.2) где - аппаратурные потери, (Еь/Мо)треб. - отношение сигнал-шум на входе демодулятора, требуемое для обеспечения заданной вероятности ошибки.
Следует заметить, что эти параметры не зависят от типа выбранного широкополосного метода, включая и кодирование, и поэтому могут быть использованы для сравнения работы различных систем связи.
Широкополосные методы эффективно используются для многостанционного доступа при разделении ограниченных коммуникационных ресурсов между большим числом их пользователей. Метод, при котором каждый пользователь одновременно использует свой уникальный широкополосный кодовый сигнал, получил название кодового разделения каналов с многостанционным доступом. Теоретические основы разделения каналов были сформулированы Д.В. Агеевым еще в 1935г. в работе [16], посвященной теории линейной селекции сигналов. Пусть на входе приемника действует групповой сигнал s(t), представляющий сумму всех канальных сигналов вида Sk(t)=Ck4>k(t), k=l, 2,...,N, где \yk(t) -функция переносчика сигнала k-го канала, а Ск - некоторый коэффициент, отображающий передаваемое по данному каналу сообщение. Агеев предложил для разделения N канальных сигналов на приемной стороне использовать N разделяющих приемных устройств, причем каждое k-е разделяющее устройство, описываемое линейным оператором разделения Як, должно реагировать только на сигнал Sk(t) и давать нулевые отклики на сигналы всех других каналов. В соответствии с этим сигналы Sk(t) и операторы Tik в общем виде должны удовлетворять следующим условиям линейного разделения сигналов [16]
где у|к - отклик оператора на канальный сигнал э,^).
Д. В. Агеевым также впервые было доказано, что необходимым и достаточным условием разделимости сигналов линейными устройствами является условие их линейной независимости.
Частным случаем линейной независимости сигналов являются ортогональные сигналы, широко использующиеся в системах с частотным, временным и кодовым разделением каналов. В последнем случае сигналы можно передавать одновременно и они могут иметь перекрывающиеся частотные спектры. Главное здесь -форма сигналов, благодаря которой обеспечиваются условия их ортогональности. При этом в синхронных системах, в которых моменты начала и конца тактовых интервалов сигналов всех каналов строго синхронизированы и совмещены в точке приема, условия ортогональности сводятся к ортогональности в одной точке, совпадающей с началом сигнала. В асинхронных системах связи, когда каналы не синхронизированы между собой во времени, обеспечить ортогональность при любом временном сдвиге сигналов практически невыполнимо. Вместе с тем можно сформировать такие сигналы, для которых ортогональность при любых временных сдвигах выполняется приближенно, т.е. в том смысле, что их скалярное произведение при любом сдвиге по времени оказывается намного меньше энергии сигнала. По своим свойствам такие квазиортогональные сигналы приближаются к белому шуму и поэтому их часто называют шумоподобными.CDMA системы по способу модуляции могут подразделяться [17] на системы: с модуляцией прямыми последовательностями (DS-CDMA); - с модуляцией "перескоком" по частоте (FH-CDMA); с модуляцией "перескоком" по времени (TH-CDMA); гибридные.
В DS-CDMA системах расширение спектра осуществляется за счет перемножения информационного сигнала с псевдослучайной последовательностью. В случае FH-CDMA псевдослучайная последовательность определяет закон изменения мгновенной частоты передачи. Ширина полосы в каждый момент времени небольшая, но в целом на длительности символа может быть очень большой. Частота "прыганья" может быть или быстрой (несколько перескоков за символ) или медленной (один перескок за несколько символов). В системах с TH-CDMA моменты передачи определяются псевдослучайной последовательностью. В гибридных CDMA могут использоваться два и более из выше перечисленных способов модуляции.
В связи с тем, что настоящая диссертация в основном посвящена исследованию ПСП, применяемых в системах с ВБ-СОМА , остановимся более подробно на свойствах этих систем.
Наиболее важными из них являются:множественность доступа; - эффективное функционирование в условиях многолучевости;
противодействие узкополосным и широкополосным помехам;
скрытность и конфиденциальность. Множественность доступа. Возникает при одновременной работе нескольких пользователей в одном канале, сопряженного с кодовой последовательностью одного какого-нибудь выделенного пользователя. Если сигналы остальных пользователей используют кодовые последовательности, мало коррелируемые с кодовой последовательностью этого выделенного пользователя, то при корреляционном приеме только небольшая часть мощности их сигналов попадет в информационную полосу выделенного пользователя. В случае большого числа пользователей их общая интерференционная помеха может быть интерпретирована как гауссовский шум. С учетом этого и в предположении равенства мощностей сигналов всех пользователей на входе приемника, максимальное число К пользователей системы определяется следующей формулой [15]
К ж ^ , (1.4)
(Еь^о)^а
где а - активность пользователя.