11.8 Передача цифровой информации методом CDMA(многостанционный доступ с кодовым разделением каналов) Другой вариант использования шумоподобных сигналов с расширенным спектром [21] для передачи цифровой информации получил название CDMA (Code Division Multiple Access). Технология CDMA, в основе которой лежит ортогональное разделение сигналов, известна давно. Уже в первые послевоенные годы, в течение долгого времени эта технология использовалась в военных системах связи, как в СССР, так и в США, поскольку обладала многими ценными для таких систем преимуществами. В настоящее время CDMA применяется в большинстве работающих и перспективных системах радиосвязи. Расширение спектра может осуществляться тремя способами: FH (Frequency Hopping) – скачкообразная перестройка частоты; TH (Time Hopping) – скачкообразная перестройка по времени; DS (Direct Secuence) – «прямая последовательность». Применяются и «гибридные» способы: FH/TH, DS/TH, DS/FH, DS/FH/TH.Суть метода FH CDMA состоит в следующем: каждый бит информации передаётся набором N частот, которые подвергаются манипуляции псевдослучайной импульсной последовательностью (ПСП) индивидуальной для каждой частоты. Длительность бита Т разбивается на отрезки τ = Т/N, в течение которго частота остаётся неизменной, а затем скачкообразно меняется по алгоритму индивидуальному для каждого абонента. В результате создаётся возможность передачи одновременно большого числа сообщений в общей полосе частот.В случае TH CDMA информационный сигнал сжимается во времени и передаётся в виде коротких радиоимпульсов в случайные моменты времени, в соответствии с кодом ПСП. Время передачи разделяется на кадры состоящие из интервалов, отводимых для каждого информационного канала.Классическим методом CDMA можно считать DS CDMA, получившим наибольшее распространение в современной аппаратуре радиосвязи. Поэтому рассмотрим его подробнее.Суть метода заключается в следующем: узкополосный сигнал, полученный в результате манипуляции одним из рассмотренных ранее способов (ФТ, ОФТ, КАМ), подвергается модуляции (например по фазе) высокочастотной ПСП с большим периодом повторения. Битовая частота этой ПСП выбирается на несколько порядков выше битовой частоты информационного сигнала. В результате образуется широкополосный сигнал, из которого на приёмном конце с помощью такой же импульсной последовательности восстанавливается передаваемая информация.
Проиллюстрируем образование сигнала DS CDMA следующим образом. Предположим, что в качестве «ПСП» используется периодическая импульсная последовательность, как представлено на рисунке 11.26а. В этом случае спектр узкополосного сигнала расширяется, оставаясь дискретным.Рисунок 11.26 – Формирование сигнала CDMA При использовании ПСП, спектр сигнала расплывается, как показано на рисунке 11.26б. При этом, в явном виде информационный сигнал отсутствует и может быть обнаружен лишь с помощью соответствующей ПСП.Современные средства вычислительной техники в принципе позволяют обнаружить заданную ПСП при условии, что на сеанс связи приходится, по крайней мере, несколько периодов такой последовательности. Однако это требует достаточно сложной специальной аппаратуры. Кроме того, широкополосный сигнал не только трудно раскодировать – его просто трудно обнаружить, т.е. выявить сам факт работы передатчика. Рисунок 11.7 – Cпектр сигнала CDMA На рисунке 11.27 представлен спектр сигнала CDMA, полученный на экранe анализатора спектра.Технология DS CDMA позволяет создать в отведённой полосе частот огромное количество информационных каналов на одной несущей частоте.Она обеспечивает устойчивую работу в условиях многолучевого распространения сигнала, практически не подвержена воздействию сосредоточенных помех и обеспечивает передачу информации при минимальной мощности передатчика, а приём - даже при уровне сигнала ниже уровня шумов.В передатчике сигналов DS CDMA отсутствует синтезатор; используется лишь простейший возбудитель, работающий на одной частоте.Радиорелейная и космическая связь (РРЛ и КС) являются составной частью единой системы магистральной связи страны наряду с проводными и кабельными системами. Характерной особенностью РРЛ и КС является уплотнение одного радиоканала большим числом независимых информационных сигналов, передаваемых с помощью одного передатчика. При этом могут использоваться аналоговые и цифровые методы передачи информации.В случае аналговых методов, сформированный многоканальный (групповой) сигнал (ГС) с частотным разделением каналов модулирует несущую передатчика по частоте. В цифровых малоканальных передатчиках используют
М- позиционную
ОФМ, или
КАМ. При большем числе каналов (до
120) используется временное уплотнение информационных каналов и различные виды импульсной модуляции: амплитудно-импульсная (
АИМ), импульсно-кодовая (
ИКМ), фазо-импульсная (
ФИМ), и т.п. Используется и цифро-аналоговые системы, в которых каждый телефонный канал подвергается вторичному уплотнению цифровыми каналами.Для систем радиорелейной связи Государственной комиссией порадиочастотам (
ГКРЧ) отведены диапазоны частот представленные в Таблице 12.1 [22]Таблица 12.1
№
|
Наименование диапазона частот
|
Полоса частот (МГц)
|
|
|
|
|
0,06 ГГц
|
60 – 70
|
|
0,16 ГГц
|
150,0625 – 150,4875 165,0626 – 165,4875
|
|
0,4 ГГц
|
394 – 410; 434 -450
|
|
2 ГГц
|
1427 – 1530; 2300 – 2700
|
|
4 ГГц
|
3400 – 4200
|
|
5 ГГц
|
4400 – 5000
|
|
6 ГГц
|
5670 – 6425; 6700 – 7100
|
|
7 ГГц
|
6425 – 7110; 7250 – 7550
|
|
8 ГГц
|
7900 – 8400
|
|
10 ГГц
|
10380 – 10680
|
|
11 ГГц
|
10700 – 11700
|
|
13 ГГц
|
12750 – 13250
|
|
15 ГГц
|
14500 – 15350
|
|
18 ГГц
|
17700 – 19700
|
|
23 ГГц
|
21200 – 23600
|
|
|
|
|
25 ГГц
|
24250 – 25250
|
|
26 ГГц
|
24250 – 27500
|
|
28 ГГц
|
27500 – 29500
|
|
31 ГГц
|
31000 – 31300
|
|
37 ГГц
|
36000 – 37000
|
|
38 ГГц
|
37000 – 39500
|
|
40 ГГц
|
39500 – 40500
|
|
52 ГГц
|
51400 – 52600
|
|
57 ГГц
|
54250 – 59000
|
Согласно [22], эффективная мощность сигнала одного ствола передатчика не должна превышать
44 дБм (25 Вт). Относительная нестабильность частоты несущей
± 1,5∙10-5.При частотной модуляции
ГС с числом каналов
12 ÷ 2700 полоса излучаемых частот должна соответствовать таблице 12.2 с допуском +20%. Таблица 12.2
Число телефонных каналов в ГС
|
Полоса ГС (кГц)
|
Эффективная девиация на канал (кГц)
|
Полоса излучаемого сигнала (кГц)
|
|
12 – 60
|
35 – 100
|
150 – 425
|
|
12 – 252
|
35 – 100
|
205 – 570
|
|
60 – 300
|
50 – 200
|
475 – 1350
|
|
12 – 552
|
50 – 200
|
685 – 1750
|
|
60 – 1300
|
|
|
|
60 – 2540
|
|
|
|
312 – 3340
|
|
|
|
60 – 4028
|
|
|
|
312 – 4636
|
140 – 200
|
12120 – 14000
|
|
60 – 5636
|
140 – 200
|
13750 – 16260
|
|
312 – 5932
|
|
|
|
312 – 8204
|
|
|
|
312 – 8524
|
|
|
|
312 – 12388
|
|
|
Для спутниковой радиосвязи международным Регламентом радиосвязи выделены определенные диапазоны частот, которые в технической литературе обозначаются буквенными символами (литерами), заимствованными из радиолокации (заметим, что распределение диапазонов частот по литерам в разных источниках выдерживается не всегда строго).В таблице 12.3 [ 23 ] приведены полосы частот в литерных диапазонах, отведённых для спутниковой связи и вещания.Таблица 12.3
Условные обозначение диапазонов частот
|
|
|
|
Наименование диапазона
|
Полосы частот
|
L –диапазон
|
1452-1550 МГц и 1610-1710 МГц
|
|
S – диапазон
|
1930 – 2700 МГц
|
|
C – диапазон
|
3400 -5250 МГц и 5725 – 7075 МГц
|
|
X – диапазон
|
7250 – 8400 МГц
|
|
Ku – диапазон
|
10,70 - 12,75 ГГц и 12,75 - 14,80 ГГц
|
|
Ka – диапазон
|
15,40 - 26,50 ГГц и 27,00 - 30,20 ГГц
|
|
K – диапазон
|
84,0 - 86,0 ГГц
|
|
|
|
|
Большинство действующих геостационарных спутниковых систем работают в диапазонах С (4/6ГГц) и Κu(11/14ГГц). Диапазон Ка(20/30ГГц) в России пока практически не используется, но в Европе и Америке он осваивается достаточно быстро. Дело в том, что эффективность антенн пропорциональна числу длин волн, укладывающихся в ее поперечнике. И, поскольку, с ростом частоты длина волны уменьшается, размеры антенн при одинаковой эффективности уменьшаются с увеличением частоты. Если для приема в диапазоне С требуется антенна 2,4 - 4,5 м, то для диапазона Ku ее размер уменьшится до 0,6 - 1,5 м, для диапазона Ка он может быть уже 30 - 90 см, а для К- диапазона - всего 10 - 15 см. При одинаковых размерах антенн, в более высокочастотных диапазонах возрастает коэффициент усиления и соответственно может быть уменьшена мощность передатчика при одинаковом качестве приёма. Диапазон К относится к перспективным и повидимому будет осваиваться в ближайшем будущем. 12.1 Структурные схемы радиостанций РРЛ и КС Согласно таблице 12.2 в аналоговых станциях РРЛ необходимо обеспечить глубокую частотную модуляцию с девиацией до 200 кГц на канал. Поэтому в передатчиках РРЛ используются исключительно прямые методы ЧМ. Чтобы обеспечить при этом высокую стабильность несущей частоты, используют методы автоподстройки ГПД по частоте опорного кварцевого генератора (см. п.п. 5.7.3), или метод интерполяции. Последний заключается в смешении частот двух генераторов с последующим выделением одной из полученных комбинационных частот в качестве несущего колебания. Метод интерполяции иллюстрируется рисунком 12.1Рисунок 12.1 – Структурная схема интерполяционного методаформирования сигнала в оконечной станции РРЛВ генераторе плавного диапазона (ГПД) на промежуточной частоте fПЧ осуществляется частотная модуляция групповым сигналом (ГС). Частота f1 получается путём многократного умножения частоты опороного кварцевого генератора f0, так, чтобы выполнялось условиеf1 >> fПЧ. (12.1)В этом случае относительная нестабильность выходной частоты, с учётом (12.1), определится следующим выражением(12.2)