Принципы кодового разделения каналов

Принципы кодового разделения каналов связи (CDMA - Code Division Multiple Access) основаны на использовании широкополосных сигналов (ШПС), полоса которых значительно превышает полосу частот, необходимую для обычной передачи сообщений, например, в узкополосных системах с частотным разделением каналов (FDMA). Основной характеристикой ШПС является база сигнала, определяемая как произведение ширины его спектра F на его длительность Т:

В= F·T

В цифровых системах связи, передающих информацию в виде двоичных символов, длительность ШПС Т и скорость передачи сообщений С связаны соотношением Т = 1/С. Поэтому база сигнала В = F/C характеризует расширение спектра ШПС относительно спектра сообщения. Расширение спектра частот передаваемых цифровых сообщений может осуществляться двумя методами или их комбинацией:

1. прямым расширением спектра частот;

2. скачкообразным изменением частоты несущей.

При первом способе узкополосный сигнал (рис. 1) умножается на псевдослучайную последовательность (ПСП) с периодом повторения Т, включающую N бит последовательности длительностью to каждый. В этом случае база ШПС численно равна количеству элементов ПСП В-Т/tо = N.

Рис. 1

Скачкообразное изменение частоты несущей (рис. 2), как правило, осуществляется за счет быстрой перестройки выходной частоты синтезатора в соответствии с законом формирования псевдослучайной последовательности.

Рис. 2

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). Затем величина Z сравнивается с порогом. 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. Это изменение амплитуды выходного сигнала коррелятора определяется видом АКФ - автокореляционной функции (при совпадающих входной и опорной ПСП) и ВКФ - взаимнокорреляционной 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, апериодической АКФ, то есть периодически не продолжающейся во времени.

Рис. 3

Рис. 4

Выбирая определенный ансамбль сигналов с "хорошими" взаимными и автокорреляционными свойствами можно обеспечить в процессе корреляционной обработки (свертки ШПС) разделение сигналов. На этом основан принцип кодового разделения каналов связи.