|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Основні види кодових послідовностей сучасних систем зв'язку та навігації. Довідкові дані
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Довідкові матеріали У статті описуються основні види кодових послідовностей, що застосовуються у сучасних системах зв'язку та навігації. Наведені параметри розглядаються з наукової та практичної точок зору, з посиланнями на сучасні дослідження у цій галузі. Вибір псевдовипадкової кодової послідовності в радіотехнічній системі передачі інформації дуже важливий, оскільки від її параметрів залежить посилення обробки системи, її стійкість до перешкод, чутливість. При одній довжині кодової послідовності, параметри системи можуть бути різні. Системи, що використовують складні шумоподібні сигнали, використовуються вже понад 50 років. Відомі переваги шумоподібних сигналів, такі як висока перешкодозахищеність по відношенню до вузькосмугових перешкод великої потужності, можливість поділу абонентів за кодовою ознакою, скритність передачі, висока стійкість до багатопроменевого поширення і навіть висока роздільна здатність при радіолокаційних і навігаційних вимірах, зумовили їх використання та визначення місцезнаходження. За рахунок яких параметрів шумоподібних сигналів їх застосування має низку чудових властивостей і чи можна їх покращити? Характеристики шумоподібних сигналів Важливим параметром системи, що використовує шумоподібні сигнали є виграш при обробці (processing gain). Виграш при обробці (ВО) показує ступінь покращення відношення сигнал/шум при перетворенні отриманого приймачем шумоподібного сигналу на потрібний інформаційний сигнал. Ця процедура отримала назву стиснення чи дерозподілення (despreading). Згідно з класичним визначенням, ВО дорівнює: ВО = 10 Lg [Ск /Си], Де Ск - частота проходження чіпів псевдовипадкової послідовності, чіп/секунду. Си - Швидкість передачі інформації, біт/секунду. За цим визначенням система, яка має швидкість передачі інформації 1 Мбіт/секунду і частоту проходження чіпів 11 Мчіп/секунду (це означає, що кожен біт інформації кодується псевдовипадковою послідовністю з 11 бітів), матиме ВІ, рівний 10,41 дБ. Цей результат означає, що працездатність системи передачі збережеться з тим самим коефіцієнтом BER, якщо корисний сигнал на вході зменшиться на 10,41 дБ. У звичайних комерційних шумоподібних радіомодемах, таких як Arlan, Wavelan, і подібних до них, найбільше значення часто приділяється швидкості передачі інформації, а не скритності або завадостійкості. Оскільки інструкціями федеральної комісії зі зв'язку в США (FCC) для таких пристроїв передбачено мінімальне значення 10 дБ, а також виділена мінімально допустима ширина смуги частот одного каналу (що накладає обмеження на максимальну частоту слідування чіпів Ск), то довжина псевдовипадкової кодової послідовності має бути не менше 11 чіпів на біт. Якщо збільшити довжину кодової послідовності до 64 чіпів на біт (це максимально можлива довжина для широковідомого процесора ШПС Z87200 фірми Zilog), то при тій же частоті слідування чіпів 11 Мчіп/секунду, виграш при обробці буде 10Lg (64) = 18,06 , Швидкість передачі інформації при цьому зменшиться в 64/11 = 5,8 рази. Щоб бути використаними в ШПС системі, кодові послідовності повинні мати певні математичні та інші властивості, основними з яких є дуже хороші автокореляційні та взаємокореляційні властивості. Крім того, кодова послідовність повинна бути добре збалансована, тобто число одиниць та нулів у ній має відрізнятися не більше ніж на один символ. Остання вимога важлива для виключення постійної складової інформаційного сигналу. DSSS приймач порівнює отриману кодову послідовність з точною копією, що зберігається в пам'яті. Коли він виявляє кореляцію між ними, то переходить у режим прийому інформації, встановлює синхронізацію та починає операцію декодування корисної інформації. Будь-які часткові кореляції можуть призвести до помилкового спрацьовування та порушення роботи приймача, ось чому кодова послідовність повинна мати хороші кореляційні властивості. Розглянемо поняття кореляції докладніше. Автокореляційна та взаємокореляційна функція Кореляційні властивості кодових послідовностей, що використовуються в ШПС системах, залежать від типу кодової послідовності, її довжини, частоти проходження її символів і від її посимвольної структури.(1). У загальному вигляді автокореляційна функція (АКФ) визначається інтегралом: Y (t ) = ∫f(t)f(t-t )dt і показує зв'язок сигналу з копією себе, зміщеного в часі на величину τ. Вивчення АКФ відіграє важливу роль при виборі кодових послідовностей з погляду найменшої ймовірності встановлення хибної синхронізації. Взаємокореляційна функція (ВКФ), з іншого боку, має велике значення для систем з кодовим поділом абонентів, таких як CDMA, і відрізняється від АКФ тільки тим, що під знаком інтеграла стоять різні функції, а не та сама: Y (t ) = ∫f(t)g(t-t )dt ФКВ показує таким чином ступінь відповідності однієї кодової послідовності інший. Щоб спростити поняття АКФ і ВКФ можна уявити значення тієї чи іншої функції як різницю між числом збігів А і розбіжностей Б символів кодових послідовностей за її посимвольному порівнянні. Для ілюстрації цього прикладу, розглянемо автокореляційну функцію кодової послідовності Баркера довжиною 11 чіпів, що має такий вигляд: 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 Посимвольне порівняння цієї послідовності з її копією зведемо в таблицю.
Графічне зображення АКФ даної послідовності Баркера показано малюнку:
Таку АКФ можна назвати ідеальною, оскільки на ній відсутні бічні піки, які могли б сприяти хибному виявленню сигналу. Як негативний приклад можна розглянути будь-яку довільну кодову послідовність, наприклад: 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 Провівши відповідні попередній приклад обчислення, отримаємо наступне графічне зображення автокореляційної функції, показане на малюнку:
Бічні піки величиною 7 та 3 одиниць можуть призвести до помилкового спрацьовування системи у разі застосування такої послідовності для розподілу сигналу. Для високошвидкісних ШПС систем, призначених передачі інформації, але з кодового поділу абонентів, зазвичай використовуються коди Баркера, які мають хорошими автокореляційними властивостями. За допомогою комп'ютерного моделювання були знайдені так звані коди Уілларда (2), які при тій же довжині, що і коди Баркера, мають іноді кращі кореляційні властивості. Кодові послідовності Баркера, що мають довжину більше 13 символів, невідомі, тому для отримання більшого ВО, більшої стійкості до перешкод, а також для кодового поділу абонентів, використовують послідовності більшої довжини, значну частину яких утворюють М-послідовності. М-послідовності Одним із найвідоміших фазоманіпульованих сигналів є сигнали, кодові послідовності яких є послідовностями максимальної довжини або М-послідовності. Для побудови М-послідовностей зазвичай використовують регістри зсуву або затримки елементи заданої довжини. Довжина М-послідовності дорівнює 2N-1 де N - число розрядів регістру зсуву. Різні варіанти підключення виходів розрядів до ланцюга зворотний зв'язок дають деякий набір послідовностей. АКФ М-послідовності дорівнює -1 всім значень затримки, крім області 0±1, де її значення змінюється від -1 до значення 2N-1. Крім того, М-послідовності мають ще одну цікаву властивість: у кожній послідовності одиниць на одну більше, ніж нулів. Способам формування та характеристик М-послідовностей присвячено багато літератури, тому ми не будемо зупинятися на цьому докладно. Для дослідження можливостей нового комплекту мікросхем PRISMTM фірмою Harris Semiconductor було проведено практичне дослідження коротких М-послідовностей та кодів Баркера з метою знаходження оптимальних із них з точки зору автокореляційної функції (3). В рамках цього дослідження була проаналізована М-послідовність довжиною 15 і має вигляд: 111 1000 1001 1010 Як з'ясувалося, вона має гірші автокореляційні властивості, ніж послідовність Баркера довжиною 13 символів наступного виду: 1 1111 0011 0101 Практичний вид АКФ М-послідовності показаний малюнку:
Для порівняння, АКФ кодової послідовності Баркера довжиною 13:
Зверху на фотографії показано синхроімпульс осцилографа. Як видно з фотографій, М-послідовність має кілька великих бічних піків, які можуть значно погіршити прийомні якості ШПС системи, а іноді може призвести до помилкового виявлення сигналу. Як виявилося в процесі подальших досліджень, якщо до 13 символьної кодової послідовності Баркера додати два нулі, то АКФ отриманої послідовності 001 1111 0011 0101 буде значно кращим, ніж описана АКФ М-послідовності, що складається також з 15 символів. АКФ знову отриманої послідовності:
Короткі М-послідовності таким чином значно поступаються послідовностям Баркера за автокореляційними властивостями, незважаючи на кращий баланс нулів та одиниць. З найвідоміших систем, що використовують М-послідовності, можна назвати рухому систему зв'язку з кодовим поділом абонентів CDMA та систему глобальної GPS навігації. У системі CDMA використовуються три кодові послідовності. Перша з них, що використовується для синхронізації роботи всього обладнання, має змінну довжину N ≈ (32÷131)103 символів. Друга М-послідовність має максимальну довжину N=242-1 та використовується для ідентифікації абонентських станцій з боку базової станції. Третя послідовність використовується передачі корисної інформації між базової і абонентської станціями і є однією з послідовностей Уолша. Послідовності Уолша (як їх виступають рядки або стовпці матриці Адамара) мають властивість ортогональності по відношенню один до одного. З математичної точки зору ортогональність означає, що за відсутності тимчасового зсуву між послідовностями Уолша, їх скалярний добуток дорівнює нулю. З точки зору радіотехнічної, це дозволяє усунути взаємні перешкоди при передачі інформації від базової станції до кількох абонентських і тим самим різко підвищити пропускну здатність системи зв'язку (5). Ця перевага ортогональності маємо місце лише у разі точної синхронізації передачі послідовностей усім абонентам. Точна синхронізація базових та абонентських станцій CDMA здійснюється головним чином за допомогою глобальної навігаційної системи GPS. Крім послідовностей Уолша у системах зв'язку використовуються інші ортогональні послідовності: послідовності Діджілок та Стіффлера. Крім М-послідовностей як таких у системах зв'язку знайшли застосування складові кодові послідовності, що являють собою комбінації М-послідовностей і мають деякі специфічні властивості. Найбільш відомими та застосовуваними з них є послідовності Гоулда. Кодові послідовності Гоулда формуються за допомогою простого генератора послідовностей на основі двох регістрів зсуву однакової розрядності і мають по відношенню до М-послідовностей двома перевагами. По-перше, генератор кодових послідовностей, побудований на основі двох регістрів зсуву довжиною N кожен, може генерувати крім двох вихідних М-послідовностей ще N послідовностей довжиною 2N-1, тобто значно розширюється кількість генерованих кодових послідовностей. По-друге, коди Гоулда можуть бути обрані так, що ВКФ для всіх кодових послідовностей, що отримуються від одного генератора, буде однаковою, а величина її бічних піків обмежена. Для М-послідовностей не можна гарантувати, що бічні піки ВКФ нічого очікувати перевищувати певну задану величину. Кодові послідовності Гоулда застосовуються в глобальних системах навігації, наприклад GPS. Так званий "грубий" код (C/A - clear/acquisition) використовує послідовність Гоулда довжиною 1023 символу, що передається з тактовою частотою 1,023 МГц. Точний код (P - precision), доступ до якого мають військові та спеціальні служби, використовує наддовгу складову послідовність з періодом повторення 267 днів і тактовою частотою 10,23 МГц. Крім складових послідовностей Гоулда найчастіше застосовуються послідовності Касамі. Нові технології Згадані у цій статті М-послідовності, послідовності Гоулда, Касамі відносяться до послідовностей, що мають лінійний алгоритм формування. Основним недоліком таких послідовностей є їхня передбачуваність і пов'язана з нею недостатня скритність передачі. Нелінійні послідовності непередбачувані. Останнім часом з'явилася низка публікацій про генерацію шумоподібних сигналів за допомогою явища динамічного хаосу (4). Явище динамічного хаосу у тому, що рух детермінованої динамічної системи за певних умов має всі властивості широкосмугового хаотичного процесу. При цьому принциповою особливістю алгоритмів, що описують це явище, є їхня нелінійність, а особливістю тимчасового процесу, що генерується, - його неперіодичність. Це відкриває можливості пошуку нового класу випадкових послідовностей для застосування в радіотехнічних системах різного призначення: широкосмугових хаотичних сигналів ШХС, які більшою мірою відповідають вимогам до псевдовипадкових послідовностей. Висновок Мобільні системи третього покоління, які вже зараз розробляються в рамках міжнародних європейських програм, будуть використовувати широкосмугові сигнали, що формуються псевдовипадковими послідовностями. Зокрема, базовим стандартом для UMTS - Universal Mobile Telecommunications System був обраний WCDMA або широкосмуговий CDMA, розроблений компанією Ericsson. Відомо понад двадцять проектів, що об'єднують у тій чи іншій мірі всі розвинені телекомунікаційні фірми та провідні університети світу, які з різних боків намагаються підійти до вирішення проблеми світових глобальних комунікацій майбутнього (6). У далекому майбутньому, очевидно, кожен житель нашої планети матиме власний термінал, який має невеликі розміри та надає своєму власнику всі доступні види комунікацій - від відеотелефону до виходу в глобальну світову інформаційну систему. І існує велика ймовірність, що в таких системах застосовуватиметься кодовий поділ абонентів із використанням псевдовипадкових послідовностей. література
Автор: Малигін Іван Володимирович; Публікація: library.espec.ws
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Освітлювальні світлодіоди з ефективністю 135 Лм/Вт ▪ Біоелектрична стимуляція у медицині ▪ Huawei Ascend P1 - найтонший смартфон
▪ розділ сайту Радіо - початківцям. Добірка статей ▪ стаття Електрошинківка. Креслення, опис ▪ стаття Що таке апендикс? Детальна відповідь ▪ стаття Мордовник звичайний. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Проковтнутий нічник. Секрет фокусу
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page