4.5. Модуляция с расширенным спектром.

Способы модуляции с расширенном спектром, в отличие от узкополосных методов модуляции, позволяют существенно повысить спектральную эффективность системы при одновременном использовании широкополосного (шумоподобного) сигнала (ШПС) многими абонентами. Кроме того, ШПС успешно борется со станционными помехами, многолучевостью сигнала и нет необходимости решать проблему распределения частот.

Сигналы с расширенным спектром являются псевдослучайными сигналами со свойствами случайного шума, хотя и могут формироваться по детерминированным законам. Обычно форма ШПС определяется расширяющей модулирующей псевдослучайной цифровой бинарной кодовой последовательностью (ЦКП) с элементами 0 и 1. Часто используемый способ формирования псевдослучайных сигналов можно описать равенством:

(4.23)

где a_k , k = 0,1,2….(N-1) - символы ЦКП 0 или 1;

(2 a_k-1) - коэффициенты, принимающие значение +1 или -1;

q(t)-функция, определяющая форму элементарного символа длительностью τ₀ псевдослучайного сигнала r(t).

T_ПСП = N τ₀ - длительность сигнала r(t).

Качество ШПС определяется его автокорреляционной (АКФ) и взаимокорреляционной (ВКФ) функциями, а также периодом N ПСП. Например, для систем стандарта IS-95(США) период М-ПСП идентификации абонентов N =(2⁴²-1) и при τ₀≈0,814 мкс составляет 978 часов. Рассмотрим методы расширения спектра.

4.5.1. Прямое расширение спектра.

В системах с ШПС, в отличие от узкополосных, ширина спектра модулирующего сигнала не связана жестко со скоростью передачи информации. Прямое расширение спектра осуществляется путем перемножения информационного сигнала u_инф.(t) на псевдослучайный сигнал r(t), формируемый из ЦКП в течение всего сеанса связи.

В результате модулирующий сигнал равен

u(t)=u_инф.(t) r(t).

Далее радиосигнал формируется так, как это было описано ранее для каждого способа модуляции, например, для ФМ-2 радиосигнал формируется согласно выражению:

Структурная схема модулятора ФМ-2 сигнала с расширенным спектром представлена на рис.4.17.

Рис.4.17. Схема модулятора ФМ-2 сигнала с прямым расширением спектра.

Если информационные и расширяющие импульсы прямоугольные, то Т_с/τ₀=В называют коэффициентом расширения спектра или базой ШПС. Часто для В используют другое выражение через соотношение полос В=∆F_шпс/∆F_инф.

Недостатком ШПС с прямым расширением спектра является требование высокой точности синхронизации по времени ПСП. Погрешность не должна превышать единицы процентов от τ₀, что ограничивает уменьшение длительности τ₀ и, как следствие, возможности расширения полосы ШПС до 10÷20 МГц.

4.5.2. Расширение спектра скачками по частоте

При расширении спектра радиосигнала скачками по частоте частота несущего колебания изменяется дискретно во времени, принимая конечное число разных значений. Последовательность её значений можно рассматривать как ПСП, которая формируется в соответствии с некоторым кодом. На рис.4.18 для каждого интервала времени τ₀ заштрихованы полосы частот, занимаемые сигналами. Для данного способа коэффициент расширения полосы (база сигнала) В=∆F_рс/∆F₀.

Рис.4.18. Спектр сигнала с расширением скачками по частоте:

а) Медленные скачки; б) Быстрые скачки.

Структурная схема передатчика представлена на рис.4.19.

Рис.4.19. Структурная схема передатчика с скачками по частоте.

Различают медленные скачки (τ₀>>Т_с), при которых мгновенная полоса сигнала определяется шириной спектра информационного символа. При быстрых скачках (τ₀<<Т_с) мгновенная полоса (рис.б) определяется формой переключающего сигнала рис.4.18б. Данный способ предъявляет менее жесткие требования к точности синхронизации и позволяет получить большой коэффициент расширения полосы.