Базовые понятия

Кодовые последовательности, используемые в CDMA-системах для передачи сигнала, состоят из N элементарных символов (чипов). Каждый информационный символ сигнала складывается с одной N-символьной последовательностью, которая называется «расширяющей» (spreading sequence), поскольку «результирующий» сигнал излучается в эфир с преднамеренно расширенным спектром. Выигрыш в качестве связи зависит как от числа символов (длины) последовательности, так и от характеристик совокупности сигналов, в первую очередь – их взаимокорреляционных свойств и способа модуляции.

Длина последовательности. В отечественной литературе сигналы, база которых существенно больше единицы (B=TF> > 1, где T – длительность элемента сигнала, F – полоса частот), обычно называются сложными. По отношению к исходному (информационному) сложный сигнал представляет собой шум с практически одинаковой спектральной плотностью мощности.

Известно, что чем сильнее «растянут» спектр сигнала в эфире, тем меньше его спектральная плотность. Благодаря этому свойству сигналы с большой базой могут применяться в «чужой» (уже занятой) полосе частот «на вторичной основе», оказывая на работающую там систему сколь угодно малое воздействие.

Характеристики. Вся совокупность кодовых последовательностей, используемых в CDMA, делится на два основных класса: ортогональные (квазиортогональные) и псевдослучайные последовательности (ПСП) с малым уровнем взаимной корреляции (рис. 1).

В оптимальном CDMA-приемнике поступающие на его вход сигналы, которые, по сути, представляют собой аддитивный белый гауссовский шум, всегда обрабатываются с помощью корреляционных методов. Поэтому процедура поиска сводится к нахождению сигнала, максимально коррелированного с индивидуальным кодом абонента. Корреляция между двумя последовательностями {x(t)} и {y(t)} осуществляется путем перемножения одной последовательности на сдвинутую во времени копию другой. В зависимости от вида последовательности в CDMA-системах применяются различные способы корреляции:

• автокорреляция, если перемножаемые псевдослучайные последовательности имеют одинаковый вид, но сдвинуты во времени;
• взаимная, если ПСП имеют разные виды;
• периодическая, если сдвиг между двумя ПСП является циклическим;
• апериодическая, если сдвиг не является циклическим;
• на части периода, если результат перемножения включает в себя только сегменты двух последовательностей определенной длины.

Дабы получить выигрыш в качестве связи при использовании любого из способов корреляционной обработки, необходимо, чтобы ансамбль сигналов обладал «хорошими» автокорреляционными свойствами. Желательно, чтобы сигналы имели единственный автокорреляционный пик, иначе возможна ложная синхронизация по боковому лепестку автокорреляционной функции (АКФ). Заметим, что чем шире спектр излучаемых сигналов, тем уже центральный пик (основной лепесток) АКФ.

Пары кодовых последовательностей подбираются так, чтобы взаимная корреляционная функция (ВКФ) имела минимальное значение при их попарной корреляции. Это гарантирует минимальный уровень взаимных помех.

Следовательно, выбор оптимального ансамбля сигналов в CDMA сводится к поиску такой структуры кодовых последовательностей, в которой центральный пик АКФ имеет наибольший уровень, а боковые лепестки АКФ и максимальные выбросы ВКФ по возможности минимальны.

10. Какой синтезатор прямого синтеза или на основе ФАПЧ обладает меньшим значением СПМ фазовых шумов на выходе СЧ?

В настоящее время распространена классификация СЧ, в которой их принято разделять на три категории: аналоговые, цифровые и реализованные с ФАПЧ. Известна литература с подробной систематизацией по областям применения, этапам развития СЧ [6].

Основные характеристики и технические параметры современных СЧ широко освещены

в литературе [6, 7]. Были описаны СЧ, реализующие строго аналоговые или цифровые ме-

тоды формирования частотной сетки. Аналоговые СЧ прямого синтеза представляют собой

качественное с точки зрения фазового шума, но проблемное в частотном плане устройство,

основной недостаток которого — большое количество комбинационных составляющих, гене-

рируемых в смесительных каскадах [7]. В связи с тем, что реализация высокого частотного

разрешения в большом частотном диапазоне таким способом представляет очень громозд-

кое решение, сопряженное с высокой стоимостью, такие структуры используются только

для специфических задач. Для сравнительно низкочастотных СЧ, способных формировать

качественный сигнал на частотах до 1000 МГц, проще и экономичнее сегодня использовать

прямой метод синтеза, реализованный в цифровом вычислительном синтезаторе (ЦВС или

DDS — Direct Digital Synthesizer). Один из лучших DDS на сегодняшний день работает

с частотой тактирования до 3500 МГц и обеспечивает спектральную плотность мощно-

сти (СПМ) фазового шума (ФШ) в одной боковой полосе

−

...

−

дБн/Гц на 1 ГГц

при отстройке 10 кГц (далее везде, где пойдет речь о ФШ, будем подразумевать СПМ

ФШ в одной боковой полосе). Технические характеристики такого решения: ФШ, свобод-

ный от паразитных составляющих динамический диапазон (SFDR — Spurious Free Dynamic

Радиотехникаителекоммуникации

ТРУДЫ МФТИ. — 2013. — Том 5, No 3

Range) — сравнимы с характеристикам СЧ на основе ФАПЧ аналогичного частотного диа-

пазона, но по таким показателям, как время перестройки частоты и частотное разрешение,

DDS лидирует. Достижение максимально возможных характеристик на высоких частотах

при умеренной цене элементной базы реализуется с применением СЧ с ФАПЧ, которые

представляют косвенный метод синтеза. Структуры простых целочисленных (Integer-N) и

дробно-переменных (Fractional-N) СЧ с ФАПЧ широко описаны как в тематической лите-

ратуре, так и в файлах документации на микросхемы СЧ от ведущих мировых производи-

телей: Analog Devices, Hittite, National Semiconductor и т.д., поэтому лишь кратко напомним

идею, заложенную в этих синтезаторах

11.Чем является кольцо ФАПЧ для шумов ОГ, шумов ГУН?