Общее описание и преимущества CDMA

 Из наиболее известных  систем, использующих М-последовательности, можно назвать подвижную систему  связи с кодовым разделением  CDMA IS-95 и систему глобальной навигации  GPS. В системе CDMA IS-95 применяются  три кодовых последовательности. Первая из них, предназначенная  для синхронизации работы всего  оборудования, обладает переменной  длиной N = (32ё131)103 символов. Вторая М-последовательность  обладает максимальной длиной N=242- 1 и используется для идентификации  абонентских станций со стороны  базовой станции. Третья последовательность  используется для передачи полезной  информации между базовой и  абонентской станциями и представляет  собой одну из последовательностей  Уолша.

 Последовательности Уолша (в их качестве выступают строки или столбцы матрицы Адамара) обладают свойством ортогональности по отношению друг к другу. С математической точки зрения, ортогональность означает, что при отсутствии временного сдвига между последовательностями Уолша, их скалярное произведение равно нулю. С радиотехнической точки зрения, это позволяет устранить взаимные помехи при передаче информации от базовой станции к нескольким абонентским и тем самым резко повысить пропускную способность системы связи. Данное преимущество ортогональности имеем место только в случае точной синхронизации передачи последовательностей всем абонентам. Точная синхронизация базовых и абонентских станций CDMA IS-95 осуществляется главным образом с помощью глобальной навигационной системы GPS. Кроме последовательностей Уолша в системах связи используются другие ортогональные последовательности: последовательности Диджилок и Стиффлера.

 Кроме М-последовательностей  в системах связи нашли применение  составные кодовые последовательности, представляющие собой комбинации  М-последовательностей с некоторыми  специфическими свойствами. Наиболее  распространенными являются последовательности  Гоулда. Они формируются с помощью простого генератора последовательностей на основе двух регистров сдвига одинаковой разрядности и обладают по отношению к М-последовательностям двумя достоинствами. Во-первых, генератор кодовых последовательностей, построенный на основе двух регистров сдвига длиной N каждый, может генерировать кроме двух исходных М-последовательностей еще N последовательностей длиной 2N-1, то есть значительно расширяется число генерируемых кодовых последовательностей. Во-вторых, коды Гоулда могут быть выбраны так, что ВКФ для всех получаемых от одного генератора кодовых последовательностей будет одинаковой, а величина ее боковых пиков ограничена.

 Для М-последовательностей  нельзя гарантировать, что боковые  пики ВКФ не будут превосходить  определенную заданную величину. Кодовые последовательности Гоулда также применяются в глобальных системах навигации, например в GPS. Так называемый "грубый" код (С/А - clear/asquisition) использует последовательность Гоулда длиной 1023 символа, передающуюся с тактовой частотой 1,023 МГц. Точный же код (Р - precision), доступ к которому имеют военные и специальные службы, использует сверхдлинную составную последовательность с периодом повторения 267 дней и тактовой частотой 10,23 МГц. Кроме составных последовательностей Гоулда наиболее часто применяются последовательности Касами.

2.4.4. PN-последовательность (Pseudo-Noise)

 Сформированная по  одному из вышеназванных алгоритмов  псевдошумовая последовательность ( PN-последовательность) используетcя для управления несущей. Именно эта последовательность и определяет, в какой мере смогут быть реализованы преимущества той или иной технологии Spread Spectrum. Для каждой из Spread Spectrum технологий существует ряд ориентированных на нее PN-последовательностей (PN-кодов). В FH PN-код — это последовательность номеров каналов, по которым будет прыгать частота. В DS системе PN-код — это очень быстрый разрядный поток, генерируемый цифровой схемой. Коды, которые имеют подобные свойства, называются псевдослучайными или псевдошумовыми.

2.4.5 Свертка сигнала в  IS-95

 В стандарте CDMA IS-95 для кодового разделения каналов  используются ортогональные коды  Уолша. Коды Уолша - одни из немногих ортогональных кодов, которые можно использовать для кодирования и последующего объединения ряда информационных сигналов. Коды Уолша формируются из строк матрицы :

Рис.2.1

 Особенность этой матрицы  состоит в том, что каждая  ее строка ортогональна любой  другой или строке, полученной  с помощью операции логического  отрицания. В стандарте IS-95 используется  матрица 64-го порядка. Для выделения  сигнала на выходе приемника  применяется цифровой фильтр. При  ортогональных сигналах фильтр  можно настроить таким образом,  что на его выходе всегда  будет логический 0, за исключением  случаев, когда принимается сигнал, на который он настроен.

Прием ШПС осуществляется оптимальным приемником, который  для сигнала с полностью известными параметрами вычисляет корреляционный интеграл:

где x(t) - входной сигнал, представляющий собой сумму полезного сигнала u(t) и помехи n(t) (в данном случае белый  шум). Затем величина Z сравнивается с порогом zq. Значение корреляционного интеграла находится с помощью коррелятора (рис. 3) или согласованного фильтра . Коррелятор осуществляет "сжатие" спектра широкополосного входного сигнала путем умножения его на эталонную копию u(t) с последующей фильтрацией в полосе 1/Т, что и приводит к улучшению отношения сигнал/шум на выходе коррелятора в В раз по отношению ко входу. При возникновении задержки между принимаемым и опорным сигналами амплитуда выходного сигнал коррелятора уменьшается и приближается к нулю, когда задержка становится равной длительности элемента ПСП tq. Это изменение амплитуды выходного сигнала коррелятора определяется видом АКФ (при совпадающих входной и опорной ПСП) и ВКФ функции (при отличающихся входной и опорной ПСП). На рис. 4 а), б), в) показаны, соответственно, структура М-последовательности с N=15, вид ее периодической АКФ и апериодической АКФ, то есть периодически не продолжающейся во времени .