Procedura pentru extinderea directă a spectrului de desene. Bazele tehnologiei wireless. Sisteme cu spectru extins

2.4.2. Metoda spectrului de răspândire directă

O proprietate importantă a metodei cu spectru împrăștiat direct poate fi considerată că lățimea spectrului semnalului care modulează frecvența de referință și, prin urmare, semnalul radio, este determinată în principal nu de viteza de transmisie. informatii utile, ci prin parametrii PSP.

Un impuls PSP elementar se numește cip. Fiecare bit de informație, după înmulțirea cu lățimea de bandă a memoriei, va fi afișat de mai multe cipuri. (De exemplu, un bit de informare este afișat de 128 de cipuri PSP.) Viteza în canalul radio este determinată ca produsul dintre viteza de transmisie la ieșirea codificatorului de canal și numărul de cipuri pe un interval de bit. De obicei, viteza de transmisie a unui canal radio este măsurată în megacipuri pe secundă (Mchip/s).

Semnalele cu spectru împrăștiat sunt pseudo-aleatoare, adică au proprietăți similare cu cele ale unui proces sau zgomot aleatoriu, deși sunt formate folosind algoritmi complet determiniști. PSP este cel mai adesea binar cu elementele 0 și 1 și are proprietăți similare cu cele ale unei secvențe binare aleatoare. De exemplu, dacă în orice interval finit numărul de zerouri este aproximativ egal cu numărul de unități, atunci funcția de autocorelare a unei astfel de secvențe este apropiată de funcția de autocorelare a unei secvențe binare aleatoare, în special, are valori mici. a coeficientului de corelație între copiile aceleiași secvențe deplasate unele față de altele etc. Această proprietate este folosită pentru a recunoaște PSP.

Secvențele pseudorandom sunt de obicei formate folosind lanțuri logice care implementează algoritmi determiniști. În fig. 2.5 prezintă un exemplu de astfel de circuit, care conține un registru de deplasare al elementelor conectate în serie cu două stări stabile și un circuit logic în circuitul de feedback. Secvența binară de caractere 0 și 1 stocate în registru este deplasată la dreapta în registru atunci când este aplicat următorul impuls de ceas; caracterul din ultima celulă a registrului este scos ca următorul caracter din secvență; simbolurile tuturor sau ale unor celule de registru sunt introduse într-un circuit de feedback logic în care este format simbolul

Perioada de repetare a impulsurilor de ceas determină durata simbolului elementar (cip) al secvenței. Dacă bucla de feedback conține doar porți XOR, care sunt porțile cele mai frecvent utilizate, acest dispozitiv se numește generator de secvență liniară pseudoaleatoare (LPS). În acest caz, valoarea următorului simbol la ieșirea circuitului de feedback este determinată de următoarea relație de recurență:

unde simbolul „+” indică suma modulo 2 și coeficienții iar simbolurile iau valorile 0 sau 1. Circuitul de feedback logic în acest caz este un sumator modulo 2.

Starea inițială a celulelor de registru și structura circuitului de feedback logic determină complet starea ulterioară a celulelor de registru. Dacă luăm o anumită stare a registrului de deplasare ca fiind cea inițială, atunci prin N cicluri, această stare se va repeta din nou. Dacă în același timp înregistrăm o secvență de caractere la ieșirea celulei cu număr eu, atunci lungimea acestei secvențe va fi egală cu N. Pe ulterioare Nîn bare această secvență se va repeta din nou etc.

Număr N numită perioadă a secvenței. Sens N cu o lungime fixă ​​a registrului m depinde de numărul de coeficienți de ponderare non-zero Cuși locația robinetelor corespunzătoare în registru. De exemplu, din egalitatea (2.6) rezultă că dacă la un moment dat starea tuturor celulelor de registru este egală cu 0, atunci toate elementele ulterioare ale secvenței la ieșirea registrului vor fi zero. Există diferite stări diferite de zero ale registrului de deplasare. În consecință, perioada lățimii de bandă liniare generată de registrul de deplasare cu m celule, nu poate depăși caractere. PSP-urile cu perioada , generate de un registru de deplasare cu feedback liniar, sunt numite secvențe de lungime maximă sau, pe scurt, M-secvente. Durata perioadei de repetare a PSP poate fi de la zeci până la sute de ore.

Dispozitivul, a cărui diagramă funcțională este prezentată în Fig. 2.5 poate fi numit o mașină digitală. Dacă secvența pe care o generează este descrisă de ecuația (2.6), atunci astfel de automate sunt de obicei definite printr-un polinom caracteristic:

unde si . Valoarea vectorului determină complet structura mașinii de generare PSP: dacă coeficientul este , atunci aceasta înseamnă că rezultatul numărului de celule eu nu este conectat la circuitul de feedback; la eu Cea de-a ieșire este conectată.

Există un număr destul de mare de metode pentru generarea de secvențe pseudoaleatoare, ale căror proprietăți statistice sunt bine studiate. Funcția lor de autocorelare are un maxim pronunțat, iar funcția de corelare încrucișată are un caracter de zgomot aleatoriu cu un nivel scăzut de valori. Noi modalități de implementare a PSP sunt dezvoltate astăzi.

Există două moduri de a recepționa un semnal radio cu spectru extins. De exemplu, mai întâi înmulțiți secvența inițială de biți de la ieșirea codificatorului de canal cu semnalul PSP, extinzând astfel spectrul. Apoi utilizați semnalul primit pentru a modula oscilațiile frecvență purtătoare. Pentru a doua modulație, pot fi utilizate metode de modulare de fază (BPSK, QPSK) sau amplitudine-fază (QAM). Un exemplu de construire a unei astfel de metode pentru generarea unui semnal radio cu un spectru extins este prezentat în diagrama funcțională din Fig. 2.6.

Orez. 2.6. Diagrama functionala generarea de semnal radio cu spectru extins

Filtrul de bandă de bază din acest circuit este proiectat să producă un semnal de bandă de bază cu forma necesară a densității spectrale de putere și banda de frecvență necesară. Totuși, acum la intrarea filtrului semnalul are un spectru mult mai larg, deci semnalul radio are și a ÎN spectru de ori mai larg decât un semnal radio convențional în bandă îngustă.

Un rezultat similar va fi obținut dacă mai întâi modulați oscilațiile frecvenței purtătoare cu o secvență de biți utilizând metodele BPSK, QPSK sau QAM și apoi modulați semnalul radio primit cu impulsuri PSP.

Extinderea directă a spectrului se realizează prin înmulțire semnal informativ la semnalul PSP , format dintr-o secvență pseudo-aleatorie pe parcursul întregii sesiuni de comunicare. Ca rezultat, semnalul de modulare poate fi scris:

În fig. Figura 2.7 prezintă o vedere aproximativă a unei secțiuni a secvenței inițiale de biți, a semnalului PSP și a spectrelor corespunzătoare.

Orez. 2.7. O vedere aproximativă a relației dintre o secvență de biți și lățimea de bandă a memoriei

Semnalele cu spectru extins au o caracteristică interesantă. Când secvența de biți este mai întâi înmulțită cu semnalul PSP (în transmițător), spectrul este extins la o bandă . La receptor, semnalul radio cu spectru împrăștiat de intrare este alimentat la primul demodulator, care este, de asemenea, furnizat cu aceeași lățime de bandă care a fost utilizată în transmițător. Ca urmare a înmulțirii semnalului radio de intrare cu semnalul PSP la ieșirea primului demodulator, se obține un semnal radio, al cărui spectru se îngustează din nou și devine egal în lățime cu spectrul secvenței de biți a canalului. Este important de reținut că în timpul primei înmulțiri (în transmițător) a secvenței de biți cu semnalul PSP, spectrul este extins, iar a doua înmulțire (în demodulatorul receptorului) cu același PSP restrânge din nou spectrul la originalul. spectrul de biți de canal. Această proprietate a semnalelor cu spectru împrăștiat joacă un rol foarte util în reducerea impactului negativ al interferenței. Să presupunem că există interferențe de bandă îngustă (intenționată sau accidentală) în canalul radio, al cărui spectru se află în spectrul extins al semnalului. Când interferența, împreună cu semnalul, lovește intrarea receptorului pe primul demodulator, semnalul va suferi o a doua multiplicare de către PSP, spectrul său se va îngusta, iar interferența va suferi prima multiplicare cu PSP, spectrul său se va extinde și energia sa va fi „împrăștiată” pe o gamă largă de frecvențe (vezi Fig. 2.8, O). Când un filtru trece-bandă (de exemplu, la o frecvență intermediară) selectează spectrul semnalului util, doar o mică parte din energia de interferență va cădea în banda sa. Prin urmare, chiar și interferența în bandă îngustă relativ puternică va avea un efect neglijabil.

a – interferență în bandă îngustă; b – interferența în bandă largă

Când interferența în bandă largă lovește intrarea receptorului împreună cu un semnal util (Fig. 2.8, b) după înmulțirea cu PSP, spectrele atât ale semnalului, cât și ale zgomotului vor fi înguste proporțional. Dacă ar avea dungi diferite și diferite frecvențele centrale, atunci interferența și semnalul pot fi separate printr-un filtru trece-bandă. Această imunitate la interferențe face atractivă utilizarea semnalelor cu spectru extins în medii de interferență.

În condițiile de propagare a semnalului pe mai multe căi, copiile reflectate vor ajunge la intrarea receptorului cu o întârziere față de semnalul principal. Dacă întârzierea copiilor este mai mare decât durata cipului, atunci acestea pot fi separate de semnalul principal. Într-un semnal în bandă îngustă modulat prin impulsuri de biți, durata impulsului de biți este destul de lungă, iar copiile reflectate ale semnalului au timp să se suprapună cu semnalul principal. Durata impulsurilor cipului este mult mai scurtă, astfel încât semnalele reflectate nu se pot suprapune cu semnalul principal.

Ar trebui remarcată încă o proprietate a semnalelor cu spectru extins. Deoarece lățimea spectrului extins al unui semnal radio de la un canal este mult mai mare decât lățimea spectrului semnalului obținut prin diviziunea în frecvență a canalelor (bandă îngustă), atunci cu aceeași putere emisă a acestor semnale radio, puterea spectrală densitatea semnalului cu un spectru extins se dovedește a fi mult mai mică și poate să nu depășească nici măcar densitatea de putere spectrală a zgomotului. Acest lucru asigură o bună secretizare a semnalelor de bandă largă.

De asemenea, este important pentru sistemele de comunicații mobile că nu este nevoie să se rezolve problema distribuției de frecvență între diferiți abonați, deoarece toți abonații folosesc aceeași bandă de frecvență. Pentru metodele de modulare în bandă îngustă, rezolvarea problemei de planificare a frecvenței este obligatorie.

O caracteristică importantă a unui semnal în bandă largă este sa baza, a cărui semnificație este o creștere relativă a benzii de frecvență semnal transmisîn canalul radio în comparație cu banda de frecvență a semnalului de bit (original). Dimensiunea bazei semnalului: . De obicei, baza semnalului este determinată în decibeli: . În practică, este mai convenabil să definiți baza semnalului ca produsul dintre lățimea spectrului semnalului original și durata simbolului elementar al PSP (cipului): . Din multe motive, este convenabil să se folosească durata unui cip PSP astfel încât baza semnalului cu spectru extins să fie un număr întreg. Pe partea de recepție, este convenabil să folosiți conceptul procesare câștig, a cărui valoare este numeric egală cu valoarea bazei semnalului și înseamnă un câștig datorat îngustării inverse a spectrului de la extins la original: .

Să enumerăm pe scurt câteva proprietăți ale semnalelor cu spectru împrăștiat direct care sunt cele mai importante din punctul de vedere al organizării accesului multiplu în sistemele de comunicații cu obiecte mobile.

· Acces multiplu. Dacă mai mulți abonați folosesc simultan un canal de transmisie, atunci mai multe semnale directe cu spectru extins sunt prezente simultan în canal. Fiecare dintre aceste semnale ocupă întreaga lățime de bandă a canalului. În receptorul de semnal al unui anumit abonat, operare inversă- convoluția semnalului acestui abonat prin utilizarea aceluiași semnal pseudo-aleatoriu care a fost utilizat în emițătorul acestui abonat. Această operație concentrează din nou puterea semnalului de bandă largă recepționat într-o bandă de frecvență îngustă egală cu lățimea spectrului de simboluri de informații. . Dacă funcția de corelație încrucișată între semnalele pseudoaleatoare ale unui anumit abonat și ale altor abonați este suficient de mică, atunci în timpul recepției coerente doar o mică parte din puterea semnalelor altor abonați va cădea în banda de informații a receptorului abonatului. . Semnalul de la un anumit abonat va fi primit corect.

· Interferență cu mai multe căi. Dacă semnalul pseudo-aleatoriu utilizat pentru răspândirea spectrului are o funcție de autocorelare ideală ale cărei valori în afara intervalului sunt egale cu zero și dacă semnalul primit și o copie a acestui semnal într-un alt fascicul sunt deplasate în timp cu o sumă mai mare decât , atunci când semnalul este pliat, copia acestuia poate fi considerată interferență interferentă care introduce doar o mică parte din putere în banda de informații.

· Interferență în bandă îngustă. Cu recepție coerentă, receptorul înmulțește semnalul recepționat cu o copie a semnalului pseudo-aleatoriu folosit pentru a răspândi spectrul în transmițător. În consecință, operațiunea de răspândire a spectrului de interferență în bandă îngustă va fi efectuată în receptor, similar cu cea care a fost efectuată cu semnalul de informare din transmițător. În consecință, spectrul de interferență de bandă îngustă la receptor va fi extins cu ÎN ori unde ÎN- factor de răspândire, astfel încât doar o mică parte din puterea de interferență va cădea în banda de frecvență a informațiilor, în ÎN ori mai mică decât puterea de interferență inițială.

· Probabilitatea de interceptare. Deoarece un semnal cu spectru împrăștiat direct ocupă întreaga bandă de frecvență a sistemului pe toată durata de transmisie, puterea sa radiată pe 1 Hz de lățime de bandă va fi foarte mică. Prin urmare, detectarea unui astfel de semnal este o sarcină foarte dificilă.

Utilizarea semnalelor în bandă largă are avantajele și dezavantajele sale, care sunt în general inerente oricărei metode de formare a acestora.

Avantajele semnalelor de bandă largă:

• generarea semnalelor pseudoaleatoare necesare poate fi asigurată de dispozitive simple (registre de deplasare);
• operația cu spectru împrăștiat poate fi implementată înmulțire simplă sau adaos semnale digitale modulo 2;
• generatorul de undă purtătoare este simplu, deoarece este necesar să se genereze o undă purtătoare armonică cu o singură frecvență;
• se poate realiza recepția coerentă a semnalului cu spectru împrăștiat direct;
• nu este nevoie să se asigure sincronizarea între abonații sistemului.

Dezavantajele semnalelor de bandă largă:

• Alinierea și menținerea sincronizării între codurile pseudoaleatoare generate la receptor și cele conținute în semnalul primit este o sarcină dificilă.
• Sincronizarea trebuie menținută într-o mică parte din durata unui simbol elementar; recepţia corectă a informaţiilor este asigurată numai atunci când mare precizie
• sincronizare temporală, când eroarea este o mică fracțiune din durata unui simbol elementar, ceea ce limitează posibilitatea reducerii duratei acestui simbol și, în consecință, posibilitatea extinderii lățimii de bandă doar la 10...20 MHz. Astfel, există o limită pentru creșterea factorului de răspândire; Puterea semnalului primită de la abonații din apropierea BS este mult mai mare decât puterea semnalului abonaților la distanță. În consecință, abonatul „în apropiere” creează în mod constant interferențe foarte puternice pentru abonatul „depărtat”, făcând adesea imposibilă recepția semnalului său. Această problemă aproape de departe poate fi rezolvată prin aplicarea unui sistem de control al puterii emise de stația de utilizator și de stația de bază către stația de utilizator. Scopul controlului este de a asigura aceeași putere medie de semnal utilizatori diferiți

la intrarea receptorului stației de bază. Spectrul răspândit joacă un rol vital în tehnologiile de comunicații radio. Această metodă

nu se încadrează în niciuna dintre categoriile definite în capitolul anterior, deoarece poate fi utilizat pentru a transmite atât date digitale, cât și analogice folosind un semnal analogic.

Mai jos, după o scurtă prezentare generală, aceste metode cu spectru împrăștiat sunt discutate în detaliu. În plus, metoda de acces multiplu cu spectru răspândit va fi explorată în acest capitol.

Oricât de incredibil ar părea, saltul de frecvență a fost inventat de starul de film de la Hollywood Hedy Lamarr în 1940, la vârsta de 26 de ani. În 1942, Lamarr și-a brevetat invenția (brevetul SUA 2.292.387 din 11 august 1942) împreună cu un partener care s-a implicat în lucrare puțin mai târziu. Fata nu a primit niciun profit din brevet, având în vedere că metoda de comunicare pe care a descoperit-o a fost contribuția ei la participarea SUA la al Doilea Război Mondial.

7.1. Conceptul de spectru extins

În fig. Figura 7.1 prezintă elementele cheie ale unui sistem cu spectru răspândit. Semnalul de intrare este transmis către un codificator de canal, care generează un semnal analogic cu o lățime de bandă relativ îngustă centrată pe o anumită frecvență. Semnalul este apoi modulat folosind o secvență de numere numită cod de împrăștiere sau secvență de împrăștiere. De obicei, deși nu întotdeauna, codul de extensie este generat de un generator de numere aleatorii. Ca urmare a modulării, lățimea de bandă a semnalului transmis este extinsă semnificativ (cu alte cuvinte, spectrul semnalului este extins). Odată primit, semnalul este demodulat folosind același cod de împrăștiere. Ultimul pas este să trimiteți semnalul către decodorul de canal pentru a restabili datele.

Orez. 7.1. Schema generala sistem digital comunicații cu spectru extins

Excesul de spectru oferă următoarele beneficii.

Semnal imunitatea la diverse tipuri zgomot, precum și distorsiunea cauzată de propagarea pe mai multe căi. Spectrul răspândit a fost folosit pentru prima dată în scopuri militare datorită rezistenței sale la încercările de bruiaj.

Spectrul răspândit permite semnalele să fie ascunse și criptate.

Doar un utilizator care cunoaște codul extensiei poate restaura datele criptate. Mai mulți utilizatori pot folosi simultan aceeași bandă de frecvență cu foarte puține interferențe reciproce. Această proprietate este folosită în tehnologie

Inițial, metoda cu spectru răspândit a fost creată în scopuri militare și de informații. Ideea principală a metodei este de a distribui semnalul de informații pe o bandă radio largă, ceea ce în cele din urmă face mult mai dificilă suprimarea sau interceptarea semnalului. Prima schemă de spectru extins dezvoltată este cunoscută sub denumirea de tehnică de salt de frecvență. Mai mult schema modernă spectrul de răspândire este o metodă directă de răspândire secvenţială. Ambele metode sunt utilizate în diverse standardeși produse de comunicații fără fir.

Extinderea spectrului prin salt de frecvență ( Sărituri de frecvență Spread Spectrum - FHSS)

Pentru a se asigura că traficul radio nu poate fi interceptat sau suprimat de zgomotul de bandă îngustă, s-a propus transmiterea cu o schimbare constantă a purtătorului într-un interval larg de frecvență. Ca rezultat, puterea semnalului a fost distribuită pe întreaga gamă, iar ascultarea unei anumite frecvențe producea doar un mic zgomot. Secvența de frecvențe purtătoare a fost pseudo-aleatorie, cunoscută doar de emițător și receptor. O încercare de a suprima semnalul într-un interval îngust, de asemenea, nu a degradat prea mult semnalul, deoarece doar o mică parte a informației a fost suprimată.

Ideea acestei metode este ilustrată în Fig.

1.10. Pentru o perioadă fixă ​​de timp, transmisia se realizează pe o frecvență purtătoare constantă. La fiecare frecvență purtătoare, standard metode de modulare , cum ar fi FSK sau PSK. Pentru ca receptorul să se sincronizeze cu transmițătorul, biții de sincronizare sunt transmiși pentru o perioadă de timp pentru a indica începutul fiecărei perioade de transmisie. Aşa viteza utilizabila

Această metodă de codificare este mai puțin costisitoare datorită supraîncărcării constante de sincronizare.

Orez. 1.10. Frecvența purtătoarei se modifică în funcție de numărul de subcanale de frecvență generate de algoritmul numere pseudoaleatoare. Secvență pseudorandom depinde de un parametru numit iniţială

număr. Dacă receptorul și emițătorul cunosc algoritmul și valoarea semințelor, atunci ele schimbă frecvențele în aceeași secvență, numită secvență pseudo-aleatorie de salt de frecvență. Dacă frecvența modificărilor subcanalului este mai mică decât rata de transfer de date pe canal, atunci acest mod este apelat extinderea lentă a spectrului (Fig. 1.11a); altfel avem de-a face extinderea rapidă a spectrului

(Fig. 1.11b). Metodă spectrul este mai rezistent la interferențe, deoarece interferența în bandă îngustă care suprimă semnalul într-un anumit subcanal nu are ca rezultat pierderea de biți, deoarece valoarea sa este repetată de mai multe ori pe diferite subcanale de frecvență. În acest mod, efectul interferenței intersimbol nu apare, deoarece până la sosirea semnalului întârziat de-a lungul uneia dintre căi, sistemul are timp să comute la o altă frecvență.

Metoda de răspândire lentă a spectrului nu are această proprietate, dar este mai simplu de implementat și implică mai puține cheltuieli generale.

Metodele FHSS sunt utilizate în tehnologiile wireless IEEE 802.11 și Bluetooth.

În FHSS, abordarea utilizării intervalului de frecvență este diferită de alte metode de codare - în loc să se utilizeze economic o lățime de bandă îngustă, se încearcă ocuparea întregului interval disponibil. La prima vedere, acest lucru nu pare foarte eficient - la urma urmei, doar un canal funcționează în interval la un moment dat. Cu toate acestea, ultima afirmație nu este întotdeauna adevărată - codurile cu spectru împrăștiat pot fi utilizate și pentru multiplexarea canalelor multiple în gamă largă. În special, metodele FHSS fac posibilă organizarea funcționării simultane a mai multor canale selectând pentru fiecare canal astfel de secvențe pseudoaleatoare astfel încât în ​​fiecare moment de timp fiecare canal să opereze la propria frecvență (desigur, acest lucru se poate face doar dacă numărul de canale nu depășește numărul de subcanale de frecvență).

Spectrul de răspândire a secvenței directe (DSSS)

Spectrul de răspândire secvențială directă utilizează, de asemenea, întreaga gamă de frecvență alocată unuia linie fără fir comunicatii. Spre deosebire de metoda FHSS, întreaga gamă de frecvență este ocupată nu prin trecerea constantă de la frecvență la frecvență, ci prin înlocuirea fiecărui bit de informație cu N-biți, astfel încât viteza de ceas a transmisiei semnalului să crească de N ori. Și asta, la rândul său, înseamnă că spectrul semnalului se extinde și de N ori. Este suficient să selectați rata de date și valoarea N în mod corespunzător, astfel încât spectrul semnalului să umple întregul interval.

Scopul codificării cu metoda DSSS este același ca și cu metoda FHSS - de a crește imunitatea la interferențe. Interferența în bandă îngustă nu va face decât să distorsioneze anumite frecvente spectrul semnalului, astfel încât receptorul să poată recunoaște corect informația transmisă.

Se numește codul care înlocuiește unitatea binară a informațiilor originale secvență de răspândire, și fiecare bit dintr-o astfel de secvență este un cip.

În consecință, este apelată viteza de transmisie a codului rezultat cip viteză. Un zero binar este codificat ca inversul secvenței de împrăștiere. Receptorii trebuie să cunoască secvența de răspândire pe care o folosește emițătorul pentru a înțelege informațiile transmise.

Numărul de biți din secvența de împrăștiere determină factorul de împrăștiere cod sursă. Ca și în cazul FHSS, orice fel de modulație, cum ar fi BFSK, poate fi utilizat pentru a codifica biții codului rezultat.

Cu cât factorul de răspândire este mai mare, cu atât spectrul semnalului rezultat este mai larg și gradul de suprimare a interferențelor este mai mare. Dar, în același timp, spectrul ocupat de canal crește. De obicei, factorul de expansiune variază de la 10 la 100.

Inițial, metoda cu spectru răspândit a fost creată în scopuri militare și de informații. Ideea principală a metodei este de a distribui semnalul de informații pe o bandă radio largă, ceea ce în cele din urmă face mult mai dificilă suprimarea sau interceptarea semnalului. Prima schemă de spectru extins dezvoltată este cunoscută sub denumirea de tehnică de salt de frecvență. O schemă mai modernă a spectrului de răspândire este metoda de răspândire în serie directă. Ambele metode sunt utilizate în diverse standarde și produse wireless.

Spectrul de răspândire cu salt de frecvență (FHSS)

Pentru a se asigura că traficul radio nu poate fi interceptat sau suprimat de zgomotul de bandă îngustă, s-a propus transmiterea cu o schimbare constantă a purtătorului într-un interval larg de frecvență. Ca rezultat, puterea semnalului a fost distribuită pe întreaga gamă, iar ascultarea unei anumite frecvențe producea doar un mic zgomot. Secvența de frecvențe purtătoare a fost pseudo-aleatorie, cunoscută doar de emițător și receptor. O încercare de a suprima semnalul într-un interval îngust, de asemenea, nu a degradat prea mult semnalul, deoarece doar o mică parte a informației a fost suprimată.

Ideea acestei metode este ilustrată în Fig. 1.10.

Pentru o perioadă fixă ​​de timp, transmisia se realizează pe o frecvență purtătoare constantă. La fiecare frecvență purtătoare, acestea sunt utilizate pentru a transmite informații discrete. metode standard modulații precum FSK sau PSK. Pentru ca receptorul să se sincronizeze cu transmițătorul, biții de sincronizare sunt transmiși pentru o perioadă de timp pentru a indica începutul fiecărei perioade de transmisie. Deci viteza utilă a acestei metode de codare este mai mică datorită supraîncărcării constante de sincronizare.

Orez. 1.10. Extinderea spectrului prin salt de frecvență

Frecvența purtătoarei se modifică în funcție de numărul de subcanale de frecvență generate de algoritmul numere pseudoaleatoare. Secvența pseudo-aleatorie depinde de un parametru numit depinde de un parametru numit iniţială

număr. Dacă receptorul și emițătorul cunosc algoritmul și valoarea semințelor, atunci ele schimbă frecvențele în aceeași secvență, numită secvență pseudo-aleatorie de salt de frecvență. Dacă frecvența modificărilor subcanalului este mai mică decât rata de transfer de date pe canal, atunci acest mod este apelat extinderea lentă a spectrului (Fig. 1.11a); altfel avem de-a face extinderea rapidă a spectrului

Metoda cu spectru de răspândire rapidă este mai rezistentă la interferență deoarece interferența de bandă îngustă care suprimă semnalul într-un anumit subcanal nu are ca rezultat pierderea de biți deoarece valoarea sa este repetată de mai multe ori în subcanale de frecvență diferite. În acest mod, efectul interferenței intersimbol nu apare, deoarece până la sosirea semnalului întârziat de-a lungul uneia dintre căi, sistemul are timp să comute la o altă frecvență.

Metoda de răspândire lentă a spectrului nu are această proprietate, dar este mai simplu de implementat și implică mai puține cheltuieli generale.

mărește imaginea
Orez. 1.11. Relația dintre rata de date și frecvența schimbării subcanalului

Metodele FHSS sunt utilizate în tehnologiile wireless IEEE 802.11 și Bluetooth.

În FHSS, abordarea utilizării intervalului de frecvență este diferită de alte metode de codare - în loc să se utilizeze economic o lățime de bandă îngustă, se încearcă ocuparea întregului interval disponibil. La prima vedere, acest lucru nu pare foarte eficient - la urma urmei, doar un canal funcționează în interval la un moment dat. Cu toate acestea, această din urmă afirmație nu este întotdeauna adevărată - codurile cu spectru împrăștiat pot fi utilizate și pentru a multiplexa mai multe canale pe o gamă largă. În special, metodele FHSS vă permit să organizați funcționarea simultană a mai multor canale prin selectarea unor astfel de secvențe pseudo-aleatorie pentru fiecare canal, astfel încât în ​​fiecare moment de timp fiecare canal să funcționeze la propria frecvență (desigur, acest lucru se poate face numai dacă numărul de canale nu depășește numărul de subcanale de frecvență).

Spectrul de răspândire a secvenței directe (DSSS)

Spectrul de răspândire secvențială directă utilizează, de asemenea, întreaga gamă de frecvență alocată unei singure legături fără fir. Spre deosebire de metoda FHSS, întreaga gamă de frecvență este ocupată nu prin trecerea constantă de la frecvență la frecvență, ci prin înlocuirea fiecărui bit de informație cu N-biți, astfel încât viteza de ceas a transmisiei semnalului să crească de N ori. Și asta, la rândul său, înseamnă că spectrul semnalului se extinde și de N ori. Este suficient să selectați rata de date și valoarea N în mod corespunzător, astfel încât spectrul semnalului să umple întregul interval.

Scopul codificării DSSS este același cu cel al FHSS - de a crește imunitatea la interferențe. Interferența în bandă îngustă va distorsiona doar anumite frecvențe ale spectrului de semnal, astfel încât receptorul este probabil să poată recunoaște corect informațiile transmise.

Se numește codul care înlocuiește unitatea binară a informațiilor originale secvență de răspândire, și fiecare bit dintr-o astfel de secvență este un cip.

În consecință, este apelată viteza de transmisie a codului rezultat cip viteză. Un zero binar este codificat ca inversul secvenței de împrăștiere. Receptorii trebuie să cunoască secvența de răspândire pe care o folosește emițătorul pentru a înțelege informațiile transmise.

Numărul de biți din secvența de împrăștiere determină factorul de împrăștiere al codului sursă. Ca și în cazul FHSS, orice tip de modulație, cum ar fi BFSK, poate fi utilizat pentru a codifica biții codului rezultat.

Cu cât factorul de răspândire este mai mare, cu atât spectrul semnalului rezultat este mai larg și gradul de suprimare a interferențelor este mai mare. Dar, în același timp, spectrul ocupat de canal crește. De obicei, factorul de expansiune variază de la 10 la 100.

Extensie de spectru

În această prelegere ne vom uita la principiile de bază ale tehnologiei de răspândire a semnalului.

Spectrul răspândit este o tehnologie care vorbește în cuvinte simple, în care semnalul modulat este reprezentat de un semnal cu o lățime de bandă mult mai mare decât lățimea de bandă a semnalului de informare.

Comunicațiile mobile moderne se bazează pe tehnologia cu spectru extins și sunt utilizate pe scară largă sub denumirea de „CDMA”.

Considerați standardul CDMA IS-95 (cdmaOne) drept cel mai utilizat în prezent. Tehnologia cu spectru extins a fost propusă pentru prima dată pentru comunicatoarele mobile în anii 1980. distributie comerciala Qualcomm Inc a fost primul care a abordat această problemă prezentând acest standard în formatul DS-CDMA (Direct Sequence Code Division Multiple Access). Utilizarea comercială a standardului IS-95 a început în 1996 în SUA. Abrevierea IS (standard interimar) este folosită pentru contabilitate în TIA, iar numărul înseamnă numărul de serie. Din Numele complet Standardul TIA/EIA/IS-95 arată că EIA, care reunește șapte organizații mari din SUA, a luat parte și la analiza sa.

Tipuri de acces multiplu: Accesul multiplu este problema numerotării utilizatorilor care doresc să folosească același spectru electromagnetic. Poate fi rezolvată în mai multe moduri:

- Selectare cu diviziune de frecventa (semnalele sunt distribuite doar intre comunicatoare specifice);

- filtrare spațială;

- Acces multiplu cu diviziune în frecvență (FDMA);

- Acces multiplu pe diviziune temporală (TDMA);

- Acces multiplu prin diviziune de cod (CDMA).

TDMA (Acces multiplu pe divizarea timpului). - accesul multiplu cu divizare în timp) este o metodă de utilizare a frecvențelor radio atunci când există mai mulți abonați în același interval de frecvență, abonați diferiți folosesc intervale de timp (intervale) diferite pentru transmisie. TDMA oferă fiecărui utilizator acces complet la un interval de frecvență pentru o perioadă scurtă de timp.

FDMA (Acces multiplu cu diviziunea de frecvență). - acces multiplu prin diviziune de frecvență) - o metodă de utilizare a frecvențelor radio atunci când este într-una gama de frecvente există un singur abonat, folosesc diferiți abonați frecvente diferiteîn interiorul unei celule.

CDMA (Code Division Multiple Access - acces multiplu prin diviziune de cod) este o tehnologie de comunicații mobile în care canalele de transmisie au o bandă de frecvență comună, dar modulație de cod diferită.

Practic, CDMA este folosit ca termen pentru un sistem de modulare a informațiilor într-un semnal având o lățime de bandă mai mare, adică extinderea spectrului. Această expansiune se realizează prin „cod” binar, care este de obicei foarte lung și, pentru majoritatea considerentelor, de natură aleatorie. Desigur, codul nu este aleatoriu, este destul de previzibil, iar termenul pseudo-aleatoriu (un termen confuz în sine) este adesea folosit.

Unul dintre conceptele fundamentale care determină imunitatea la zgomot și eficiența unui sistem CDMA este „baza semnalului” (în literatura engleză este folosit termenul „processing gain”). Sensul fizic Acest concept este o creștere a benzii de frecvență a semnalului transmis față de original (măsurată în decibeli). Pentru sistemele cu spectru extins, baza semnalului este definită ca raportul dintre lățimile de bandă ale semnalelor emise și sursă. Cu toate acestea, mai des, valoarea bazei semnalului (B) este calculată ca produsul dintre lățimea spectrului (F) și durata simbolului elementar (T). Pentru semnalele de bandă largă, baza este semnificativ mai mare decât 1 (B>>1). Este clar că cu cât banda de frecvență este mai largă în aer și cu atât viteza semnalului de intrare este mai mică, cu atât mai multă bază semnal și, în consecință, o imunitate mai mare la zgomot.

Cu toate acestea, este important să înțelegeți că baza semnalului nu este o caracteristică a întregului sistem CDMA, ci doar a canalului său individual. Să explicăm acest lucru cu un exemplu. Deci, cu o viteză a cipului de 1,2288 Mchip/s (IS-95) și o viteză a informațiilor de 9,6 kbit/s, baza semnalului este de 21,1 dB (1,2288x103 / 9,6 = 128). Baza unui semnal este proporțională cu viteza de transmisie a acestuia.

Wideband este un sistem care transmite un semnal care ocupă o bandă de frecvență foarte largă, depășind semnificativ lățimea de bandă de frecvență minimă care este de fapt necesară pentru transmiterea informațiilor. Într-un sistem de bandă largă, un semnal sursă de bandă de bază (de exemplu, un semnal de canal de telefon) cu o lățime de bandă de doar câțiva kiloherți este distribuit pe o bandă de frecvență care poate avea o lățime de câțiva megaherți. Acest lucru se realizează prin modularea dublă a purtătorului cu un semnal de informație transmis și un semnal de codare în bandă largă. Caracteristica principală a unui semnal în bandă largă este baza sa B, definită ca produsul dintre lățimea spectrului de semnal F și perioada sa T. Ca urmare a înmulțirii semnalului unei surse de zgomot pseudoaleatoare cu un semnal de informare, energia acestuia din urmă este distribuite pe o bandă largă de frecvență, adică spectrul său se extinde.

Tehnologia este optimizată pentru furnizarea de servicii multimedia de mare viteză, cum ar fi video, acces la Internet și conferințe video; oferă viteze de acces de până la 2 Mbit/s pe distanțe scurte și 384 Kbit/s pe distanțe lungi cu mobilitate deplină. Astfel de valori ale vitezei

Transmisiile de date necesită o bandă largă de frecvență, deci lățimea de bandă WCDMA este de 5 MHz.

Tehnologia poate fi adăugată rețelele existente GSM și PDC ce face Standard WCDMA cel mai promițător în ceea ce privește utilizarea resursele rețeleiși compatibilitate globală.

La transmițător, semnalul de informații în bandă îngustă este înmulțit cu o secvență de simbol N de referință pseudo-zgomot, iar semnalul rezultat este modulat utilizând BPSK sau QPSK (operare directă). Baza semnalului rezultat este egală cu numărul de simboluri ale secvenței pseudoaleatoare (B = N). În acest caz, utilizarea semnalelor asemănătoare zgomotului cu o frecvență mare de ceas duce la faptul că banda îngustă inițială

semnalul este „împrăștiat” pe o bandă largă și devine mai mic decât nivelul de zgomot.

La receptor, semnalul original este reconstruit folosind o secvență pseudo-aleatorie de structură cunoscută (operație inversă). Alte semnale care ajung la acest receptor sunt percepute ca zgomot.

În mod similar, interferența puternică în bandă îngustă de la alte transmițătoare operaționale este suprimată. În receptor, o astfel de interferență este, de asemenea, „împrăștiată” pe o bandă largă de frecvență și, după filtrare, degradează doar puțin calitatea comunicației. Cu mai departe prelucrare digitală interferența poate fi complet suprimată.

În plus față de metoda DS-CDMA cea mai frecvent utilizată, există și alte tehnologii de extindere a spectrului, de exemplu folosind mai mulți purtători - MC-CDMA (Multi-Carrier CDMA) sau sărind frecvențe - FHCDMA (Frequency Hopping CDMA). Caracteristicile acestor tehnologii vor fi discutate în numerele viitoare ale revistei.

Procesarea semnalului digital în timp real înainte de transmisia RF. Principiul construirii unui emițător/receptor este același ca și în cazul DS-CDMA, doar semnalul modulat final este furnizat DAC-ului. Emițătorul/receptorul folosește un filtru special numit filtru cosinus ridicat care minimizează distorsiunea intersimbol prin reprezentarea unei părți a spectrului cea mai simplă formăîntr-o undă cosinus, ridicată în așa fel încât să se „așeze” pe axa orizontală.

Chipping-ul este orice operație prin care simbolurile (biții) sunt împărțite (cipate) în intervale de timp mai mici. Operațiile de amestecare, canalizare și împrăștiere sunt operația de așchiere.

Scrambling este o transformare reversibilă a unui flux digital fără modificarea ratei de transmisie folosind o secvență aleatorie. După amestecare, apariția lui „1” și „0” în secvența de ieșire este la fel de probabilă. Scrambling este un proces reversibil, adică mesajul original poate fi restaurat folosind algoritmul invers.

Canalizarea este o transformare reversibilă a unui flux digital prin împărțirea semnalului de informații în cipuri folosind o secvență fixă.

Prezentare cuprinzătoare.

Rețineți că reprezentarea complexă este pur matematică și este introdusă pentru comoditatea notării. În rețelele CDMA de a treia generație, toate cele trei reprezentări sunt utilizate într-o formă integrată. Canalizarea în sistemul Uplink se realizează prin prima metodă de prezentare, iar în sistemul Downlink - prin a doua.

Fiecare utilizator are un cod unic de răspândire/canalizare, cel mai probabil un cod Walsh ortogonal. Pentru transmisia semnalului în aval, acesta este luat ca bază parte reală cu o reprezentare complexă a secvenței cioplite și se transmite cu aceeași viteză. Semnalele transmise codificate vor fi sincronizate. Fiecare stație mobilă cunoaște codul de amestecare al stației de bază actuale și codul de răspândire setat (și singurul) - de aici datele transmise sunt recuperate.

Canalele logice de downlink includ:

Canal pilot;

Canal de sincronizare;

Canal personal de apeluri;

Canal de trafic direct.

În canalul înainte (de la BS la mobil), modularea semnalului prin funcții Walsh (transformare binară de fază) este utilizată pentru a distinge diferitele canalele fizice acest BS; modulație PSP lungă (fază binară

manipulare) - în scopul criptării mesajelor; modularea unui PSP scurt (cadrare cu deplasare de fază a două PSP din aceeași perioadă) - pentru a extinde lățimea de bandă și a distinge semnalele de la diferite BS.

Distincția între semnalele de la diferite stații este asigurată de faptul că toate BS-urile folosesc aceeași pereche de lățimi de bandă scurte, dar cu o deplasare de 64 de eșantioane între diferite stații, adică Există un total de 511 coduri în rețea; în acest caz, toate canalele fizice ale unei BS au aceeași fază de secvență.

Pe BS se formează 4 tipuri de canale: canal de semnal pilot (PI), canal de sincronizare (SYNC), canal de apelare (PCN) și canal de trafic (TCN).

Semnale canale diferite reciproc ortogonale, ceea ce garantează absența interferenței reciproce între ele pe aceeași BS. Interferența intra-sistem apare în principal din emițătoarele altor BS care funcționează la aceeași frecvență, dar cu o schimbare ciclică diferită.

Semnalul pilot este emis continuu. Pentru transmiterea acestuia se folosește funcția Walsh de ordin zero (W0). Semnalul pilot este un semnal purtător care este utilizat de MS pentru a selecta celula de lucru(cel mult semnal puternic), precum și ca referință pentru detectarea semnalului sincron canale de informare. De obicei, aproximativ 20% din puterea totală este emisă pe semnalul pilot, ceea ce permite stației mobile (MS) să asigure o selecție precisă a frecvenței purtătoare și recepția coerentă a semnalelor.

În canalul de sincronizare (SYNC), fluxul de intrare la o rată de 1,2 kbit/s este recodificat într-un flux transmis la o rată de 4,8 kbit/s. Mesajul de sincronizare conține informațiile tehnologice necesare pentru a stabili sincronizarea inițială pe MS: date despre ora exactă a sistemului, viteza de transmisie în canalul PCH și parametrii codului scurt și lung. Viteza de transmisie în canalul de sincronizare este mai mică decât în ​​canalul de apelare (RSN) sau de program (TSN), ceea ce crește fiabilitatea funcționării acestuia. După finalizarea procedurii de sincronizare, MS este reglat pe canalul de apel PCH și îl monitorizează constant. Funcția W32 este utilizată pentru a codifica canalul de sincronizare.

În canalul invers (uplink) opțiunea asincronă împărțirea codurilor implementat în combinație cu recepția incoerentă a semnalelor la BS. Acest lucru elimină necesitatea unui canal pilot și a unui canal de sincronizare. Acest lucru lasă doar două tipuri de canale logice uplink:

Canal de acces;

- canal de trafic de întoarcere.

Asincronia diviziunii codului face să fie irațională utilizarea funcțiilor Walsh ca secvențe de formare a canalelor (semnături) ale canalelor fizice, deoarece cu decalări relative de timp nu pot menține ortogonalitatea și au proprietăți de corelație încrucișată foarte neatractive.

Canalul de acces asigură conexiunea între MS și BS până când MS este reglat pe canalul de trafic invers care îi este atribuit. Procesul de selectare a canalului de acces este aleatoriu - MS selectează aleatoriu un număr de canal dintr-un anumit interval. Canalul de acces este utilizat pentru a înregistra MS în rețea, transmite o solicitare de stabilire a conexiunii la BS, răspunde la comenzile transmise prin canalul de apel etc. Rata de transfer de date pe canalul de acces este fixă ​​și se ridică la 4,8 kbit. /s.

Canalul de trafic de întoarcere asigură transmisia informații despre vorbireși datele abonaților, precum și informații de control de la MS la BS, atunci când MS ocupă deja canalul fizic alocat acestuia.

Codurile Walsh.

ÎN Standard CDMA Pentru separarea codurilor canalelor, se folosesc coduri Walsh ortogonale. Codurile Walsh sunt formate din rândurile matricei Walsh:

Particularitatea acestei matrice este că fiecare dintre rândurile sale este ortogonală cu orice alta sau rând obținut folosind operația de negație logică. Standardul IS-95 utilizează o matrice de ordinul 64. Un filtru digital este utilizat pentru a izola semnalul de la ieșirea receptorului. Cu semnale ortogonale, filtrul poate fi configurat astfel încât ieșirea sa să fie întotdeauna un „0” logic, cu excepția cazului în care semnalul la care este configurat este primit. Codarea Walsh este utilizată în canalul de transmitere (de la BS la AT) pentru a separa utilizatorii. În sistemele care utilizează standardul IS-95, toate difuzoarele funcționează simultan în aceeași bandă de frecvență. Filtrele potrivite ale receptorilor BS sunt cvasi-optime în condiții de interferență reciprocă între abonații aceleiași celule și sunt foarte sensibile la efectul „de departe aproape”. Pentru a maximiza capacitatea de abonat a sistemului, este necesar ca terminalele tuturor abonaților să emită un semnal de o asemenea putere care să asigure același nivel de semnale recepționate de BS. Cu cât controlul puterii este mai precis, cu atât este mai mare capacitatea de abonat a sistemului.

Secvență pseudo-aleatorie.

PSP este un semnal periodic determinist care este cunoscut ambilor corespondenți. Are toate proprietățile statistice zgomot alb iar pentru o terță parte va părea complet aleatoriu - un semnal pseudo-zgomot. Pentru ca PSP să fie un proces aleatoriu, trebuie îndeplinite o serie de condiții:

- număr unități binare nu trebuie să difere de numărul de zerouri binare cu cel mult un element;

- PSP trebuie să aibă proprietăți de corelație bune, și anume, nivelurile lobilor laterali ACF ai unei astfel de secvențe trebuie să aibă un nivel minim.

Multe secvențe satisfac aceste proprietăți - Walsh, Barker, secvențe de aur, secvențe M și multe altele.

FCSR (Feedback with carry shift register) - registru de deplasare, funcție de feedback și registru de transport. Lungimea registrului de deplasare este numărul de biți. Când un bit trebuie recuperat, toți biții din registrul de deplasare sunt deplasați la dreapta cu o poziție. Noul bit din stânga și noua valoare a registrului de transport sunt determinate de funcția biților rămași din registrul de deplasare și registrul de transport (biții lor sunt adunați împreună). Bitul cel mai puțin semnificativ al rezultatului devine noul bit din stânga, iar biții rămași ai rezultatului (cu excepția bitului cel mai puțin semnificativ) devin noua valoare a registrului de transport.

Spre deosebire de LFSR, există o întârziere pentru FCSR înainte de a intra în modul ciclic, adică începe să genereze o secvență repetată ciclic. În funcție de starea inițială selectată, sunt posibile 4 cazuri diferite:

1. Starea inițială poate face parte perioada maxima.

2. Starea inițială poate intra în secvența maximă a perioadei după o întârziere inițială.

3. Starea inițială poate, după o întârziere inițială, să producă o secvență de zerouri.

4. Starea inițială poate, după o întârziere inițială, să producă o secvență de cele.

Secvența lui Gold este o secvență pseudo-aleatoare formată prin adăugarea modulo 2 a două secvențe pseudo-aleatoare.

Kasami este un tip de secvență pseudo-aleatoare. Folosit în CDMA. Semnificația acestor secvențe provine din corelația lor încrucișată foarte scăzută. Un cod Kasami de lungime N = 2m - 1, unde m este un întreg par, poate fi obținut prin prelevarea de mostre periodice din M-

secvențe și efectuarea însumării modulo 2 pe secvențe deplasate ciclic. Se prelevează eșantioane la fiecare s = 2m / 2 + 1 elemente ale secvenței M pentru a forma o secvență periodică și apoi se adaugă această secvență în mod incremental la secvența M originală modulo 2 pentru a forma s = 2m / 2 secvențe Kasami. Funcția de corelație încrucișată a două secvențe Kasami ia valori [-1, -s, s-2].

Codurile ortogonale

Posibilitatea de adaptare a sistemului la viteze diferite transmisia este asigurată prin utilizarea așa-numitelor coduri de canalizare. Principiul generării lor poate fi ilustrat (Fig. 1) cu o diagramă arbore de cod pentru coduri ortogonale cu lungime variabilă

(Factor de răspândire variabil ortogonal, OVSF).

Fiecare nivel al acestui arbore de cod are propriile cuvinte de cod, lungimea fiecăruia fiind egală cu factorul de răspândire (SF). Arborele complet de cod conține 8 niveluri (ultimul, al optulea, corespunde coeficientului SF=256).

Structura arborelui de cod este astfel încât la fiecare nivel ulterior numărul posibil de coduri care formează canale este dublat. Deci, dacă la nivelul 2 sunt generate doar 2 coduri (SF = 2), atunci la nivelul 3 se generează 4 cuvinte de cod (SF = 4), etc. Ansamblul codurilor OVSF nu este fix, ci depinde de factorul de răspândire SF, adică, de fapt, de viteza de transmisie a canalului.

Problema ortogonalității.

Să presupunem că există sistem simplu cu doi utilizatori și două căi de semnal. Cele două căi au o latență relativă de un cip. Codurile Walsh ortogonale sunt folosite pentru a propaga secvența de date.

În acest caz, receptorul va extrage două semnal diferit pentru fiecare utilizator care corespunde a două căi diferite, întârzierea relativă dintre ele va fi de un cip.

Pentru fiecare utilizator, receptorul va primi două semnale de la canal, semnalul dorit (PRP-ul este sincronizat cu acest semnal) și versiunea sa întârziată.

Rezultatul restrângerii celor patru semnale recepționate în cazul transmisiei pe două canale la doi utilizatori va fi:

B N (bit de interes) din îngustare semnalul dorit utilizator;

- 0 de la îngustarea semnalelor ortogonale asemănătoare zgomotului, fără interferențe datorită utilizării codurilor Walsh;

- condiții nedorite când îngustarea cauzează întârzierea semnalului dorit și interferențe.

Căi multiple.

Pentru o secvență de cod cu proprietăți de corelare ideale, funcția de autocorelare oferă o ieșire zero în intervalul , unde Tc este timpul cipului. Aceasta înseamnă că semnalul dorit (calea principală) și o versiune întârziată a acelui semnal pentru un timp mai mare de 2Tc sunt recepționate la receptor, apoi, în condiții coerente de demodulare/în jos, receptorul va identifica semnalul întârziat ca interferență. În plus, nivelul de putere al semnalului întârziat este mai mic decât cel util din cauza reflexiilor în timpul multipath, prin urmare, semnalul întârziat sub formă de interferență este „untat” pe întreaga lățime de bandă, iar receptorul primește doar semnalul util.

Problema „aproape – îndepărtată”.

În ciuda eficienței ridicate a tehnologiei CDMA, aceasta are și o serie de dezavantaje. Unul dintre ei este sensibilitate ridicată la dispersarea puterii staţiilor mobile. Cea mai dificilă situație apare din cauza problemei de departe aproape, când stație mobilă, situat in apropierea celui de baza, functioneaza pe putere mare, crearea este inacceptabilă nivel înalt interferențe la primirea altor semnale „la distanță”, ceea ce duce la o scădere lățime de bandă sisteme ca un întreg. Această problemă există în toate sistemele de comunicații mobile, dar cea mai mare distorsiune a semnalului apare în sistemele CDMA care funcționează într-o bandă de frecvență comună, care utilizează semnale ortogonale asemănătoare zgomotului. Dacă aceste sisteme nu ar avea controlul puterii, ar fi semnificativ inferioare ca performanță rețelele celulare bazat pe TDMA. Prin urmare, problema cheie în sistemele CDMA poate fi considerată controlul individual al puterii fiecărei stații.

Detectare.

Receptorul are acces la o bancă de coduri care stochează toate codurile alocate stații de bază(BS). Pentru un anumit utilizator, BS știe la ce cod să se aștepte și codul este detectat prin compararea secvenței primite cu codul așteptat. Operația de corelare se realizează prin îngustare, care poate fi efectuată într-un filtru potrivit. Înainte de a începe corelarea, destinatarul trebuie să cunoască momentul exact în timp. Sincronizarea se realizează prin utilizarea unui semnal pilot, care se află în fața informatiile transmise. Semnalul pilot este același pentru toți utilizatorii. Când sincronizarea este finalizată, filtrul potrivit începe operația de corelare: dacă corelația este peste un prag predefinit, filtrul potrivit este definit pozitiv de utilizator.

Înmulțirea semnalului primit și a semnalului de la aceeași sursă de zgomot pseudoaleatoare (RPN) care a fost utilizată în transmițător comprimă spectrul semnalului util și extinde simultan spectrul zgomotului de fond și al altor surse de interferență. Câștigul rezultat în raportul semnal-zgomot la ieșirea receptorului este o funcție de raportul dintre lățimile de bandă a semnalului în bandă largă și în bandă de bază: cu cât este mai mare răspândirea spectrului, cu atât câștigul este mai mare. În domeniul timpului, aceasta este o funcție a raportului dintre viteza de transmisie a fluxului digital în canalul radio și rata de transmisie a semnalului de informații de bază. Pentru standardul 1S-95, raportul este de 128 de ori sau 21 dB. Acest lucru permite sistemului să funcționeze la un nivel de interferență care depășește nivelul semnalului util cu 18 dB, deoarece procesarea semnalului la ieșirea receptorului necesită ca nivelul semnalului să depășească nivelul de interferență cu doar 3 dB. În condiții reale, nivelul de interferență este mult mai mic. În plus, extinderea spectrului de semnal (până la 1,23 MHz) poate fi considerată o aplicare a tehnicilor de recepție a diversității de frecvență. Un semnal care se propagă pe o cale radio este supus decolorării din cauza naturii de propagare cu mai multe căi. În domeniul frecvenței, acest fenomen poate fi reprezentat ca efectul unui filtru notch cu o lățime de bandă notch variabilă (de obicei nu mai mult de 300 kHz). În standardul AMPS, aceasta corespunde suprimării a zece canale, iar în sistemul CDMA, doar aproximativ 25% din spectrul semnalului este suprimat, ceea ce nu provoacă dificultăți deosebite în restabilirea semnalului în receptor.

Receptor rake.

Mostre digitizate semnale de intrare sunt recepționate de la etapele de intrare RF și sunt reprezentate ca ramuri în cuadratura I și Q (adică, în formatul de număr complex al filtrului trece-jos la ieșirea receptorului). Generatoarele de cod și un corelator efectuează compresia și însumarea simbolurilor de transmisie a datelor utilizatorului. Dispozitivul de canal folosește simbolurile pilot pentru a estima starea canalului, efectul căruia va fi apoi compensat printr-un schimbător de fază pentru simbolurile primite. Întârzierea este compensată de diferența în timpul de sosire a simbolurilor în fiecare cale. Acumulatorul Rake adaugă apoi simbolurile de canal compensate, oferind astfel diversitate pe mai multe căi ca mijloc de combatere a decolorării.

De asemenea, este afișat filtrul potrivit utilizat pentru a determina și actualiza profilul curent de întârziere cu mai multe căi al canalului. Acest profil de întârziere cu mai multe căi măsurat și, posibil, mediat, este apoi utilizat pentru a suma cele mai înalte valori de vârf ale ieșirilor de cale a receptorului Rake.

În implementările tipice, un receptor Rake efectuează procesarea ratei cipului (corelator, generator de cod, potrivire