4.3) Некогерентный оптимальный fsk-приемник.

Некогерентный прием сигналов с частотной модуляцией широко применяется в подвижной связи.

Первый тип такого приемника изображен на рис. 1.34. Он называется некогерентным оптимальным FSK-приемником.

Рис. 1.34. Некогерентный оптимальный FSK-приемник

Принимаемый FSK-сигнал проходит через два полосовых фильтра, центральные частоты которых равны номинальным частотамf_c ± Δf, характеризующим логические информационные символы «0» и «1». Таким образом, на выходе одного из полосовых фильтров получается синусоидальный сигнал, в то время как на выходе другого – только шум.

Детекторы огибающих выделяют огибающие в двух ветвях. Для максимизации отношения сигнал/шум к выходам детекторов подключаются согласованные фильтры, точно такие же, как в синхронном приемнике. Отсчеты с выходов согласованных фильтров снимаются один paз в период модуляции и сравниваются друг с другом. Наибольший фрагмент соответствует наиболее вероятному информационному сигналу.

Другой, более простой способ некогерентного детектирования FSK-сигналов – это прием на базе частотного дискриминатора.

FSK-сигнал рассматривается в качестве обычного ЧМ-сигнала, который модулируется потоком двоичных импульсов, представляющих логическую информационную последовательность.

Значения мгновенной частоты на входе преобразуются в уровни сигнала на выходе частотного дискриминатора. Последующими цепями приемника обрабатывают непосредственно модулирующий сигнал.

В подвижной связи частотная дискриминация часто реализуется системой фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ, англ. Phase Locked Loop – PLL).

На рис. 1.35 изображена блок-схема такого приемника.

Рис. 1.35. FSK-приемник, основанный на частотной дискриминации

В структуре FSK-приемника с частотным дискриминатором важную роль играет полосовой фильтр, который выделяет искомыйFSK-сигнал. Для заданного индекса модуляцииhоптимальные характеристики полосового фильтра можно определить, положив разность между двумя номинальнымиFSK-частотами равной 2Δfдля периода модуляцииТ. Это условие минимального уровня оши­бок на выходе некогерентного приемника.

Качество детектирования в различных типах приемников может сильно различаться.

Для заданного отношения сигнал/шум наименьшую вероятность ошибочного приема обеспечивает синхронный приемник, использующий всю возможную информацию о принимаемом сигнале.

Некогерентный приемник с оптимальным детектированием огибающей имеет несколько худшую производительность, а некогерентный приемник с частотным дискриминатором характеризуется самой высокой частотой появления ошибочных битов, однако этот тип приемника благодаря своей простоте часто используется в традиционных системах связи.

5) Широкополосные спрс. Расширение спектра средств подвижной связи.

5.1) Предпосылки перехода к широкополосным спрс.

Предпосылки перехода к широкополосным СПРС. Расширение спектра средств подвижной связи. Схемы электрические структурные расширения спектра прямым методом (DSSS), скачками по частоте (FHSS), времени (THSS)

Рассмотренные виды цифровой модуляции были разработаны для того, чтобы максимально использовать ограниченную полосу пропускания, выделению заданной цифровой системе связи.

Клод Шеннон (Claude Shannon) ввел формулу для емкости канала, ограниченного доW(в Гц), в котором сигнал искажается аддитивным белым гауссовым шумом с удельной мощностьюN₀/2.

Эта формула имеет следующий вид:

(1.52)

где P_av – энергия входного сигнала; N₀– удельная мощность шума.

Формула получена в результате выполнения процедуры оптимизации по отношению к свойствам входного сигнала. Оказывается, что количество информации, которую можно переслать по каналу с аддитивным белым гауссовым шумом, достигает своей верхней границы, называемой пропускной способностью канала, в случае гауссового входного сигнала.

Цифровой сигнал с МС-модуляцией будет иметь гауссово распределение только тогда, когда количество поднесущих велико. Многие другие сигналы с цифровой модуляцией имеют негауссово распределение вероятности.

В традиционных системах скорость передачи данных достигает максимума и становится близка к предельной пропускной способности канала при максимизации отношения сигнала к шуму, описываемого выражением P_av/WN₀. Для решения этой труднодостижимой задачи приходиться применять такие сложные методы, как решетчатое кодирование, применение эквалайзера и т.д.

Такую же пропускную способность канала можно получить, расширяя спектр сигнала (если подобное возможно с точки зрения, как распределения спектра, так и технической реализации) до тех пор, пока уровень сигнала не станет, ниже уровня шума. Это и используется в системах с расширением спектра.

Рассмотрим самый распространенный тип системы с расширенным спектром, обозначаемый в литературе DSSS(расширение спектра методам прямой последовательности), (англ.Direct Sequence Spread Spectrum).

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

Пусть T_b– длительность информационного символа (бита). Для представления одного информационного символа используется двоичная последовательность длинойМ. Каждый элемент двоичной последовательности, называемыйчипом, длитсяТ_с =T_b/Мсекунд. Последовательность выбирается таким образом, чтобы стороннему наблюдателю она казалась случайной, т.е. с его точки зрения ее свойства должны быть похожи на свойства шума. Поскольку длительность кодового импульса вМ раз меньше длительности информационного бита, то спектр сигнала с представлением информационных битов в виде псевдослучайной последовательности вМ раз шире спектра первоначального информационного сигнала.

Из теории систем связи известно, что оптимальным для приема сигналов, искаженных белым гауссовым шумом, является корреляционный приемник. Он перемножает искаженный принятый сигнал с известным, синхронизированным по отношению к принятому, опорным сигналом. В нашем случае опорный – псевдослучайный сигнал, используемый в передатчике для представления информационных битов.