Сетевой электронный научный журнал "СИСТЕМОТЕХНИКА", № 1, 2003 г.

ВОЗМОЖНОСТИ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ В ДИАПАЗОНЕ МИЛЛИМЕТРОВЫХ ДЛИН ВОЛН ДЛЯ СЕТЕЙ АБОНЕНТСКОГО РАДИОДОСТУПА

 

Шайдуров Г.Я., Болотин В.В.

(Красноярский государственный технический университет;
rts@rtf.kgtu.runnet.ru, pobox@newmail.ru)

 

Большинство традиционных радиотехнических систем являются узкополосными – т.е. работают в полосе частот, много меньшей, чем их несущая частота. Однако, именно ширина полосы частот и определяет количество информации, передающейся в единицу времени. Для повышения информационной возможности системы существует единственная возможность – увеличение полосы пропускания частот.

Решить проблемы узкополосных радиотехнических систем можно с помощью технологии, использующей сверхширокополосные (СШП), в английской аббревиатуре – UWB (Ultra Wideband), сигналы

Основная идея технологии заключается в использовании сверхширокополосного сигнала для передачи информации при помощи импульсно-кодовой модуляции. Схематично, отличие UWB технологии от узкополосной технологии во временном и частотном представлениях иллюстрируется графиками.

Для СШП сигналов имеет место следующее соотношение:

0,25 < h < 1, где

(1)

Для стандартных узкополосных систем и сигналов h << 1.

Как правило, частотная область использования СШП систем находится в диапазоне от 1 до 7 ГГц в зависимости от области применения технологий. Ввиду загруженности данной полосы частот отмечается необходимость в выборе альтернативного диапазона, обладающего более высокой рабочей частотой, меньшей загруженностью и возможностью выделения большей полосы частот, характерной для СШП систем.

Отличие СШП систем связи от традиционных узкополосных это отсутствие несущей частоты. Для передачи информации в СШП системах используются сигналы с очень короткой длительностью, так называемые "Гауссовские" импульсы. Как правило, длительность такого импульса находится в области от 0,20 до 1,50 нсек.

Короткий импульсный сигнал, являющийся типичным СШП сигналом, из-за малого пространственного временного объема позволяет передавать большее количество информации в единицу времени. Для передачи одного бита информации, узкополосной системе связи требуется от 10 до 50 периодов несущего колебания. В то же самое время СШП система связи использует только одно колебание для передачи информации (одного бита). Очевидно, что использование СШП сигналов позволяет передавать информацию на скорости значительно превышающей скорость традиционных средств связи.

Применение СШПС в радиосвязи, повышение надежности и защищенности таких систем от несанкционированного доступа стало возможным благодаря применению технологии, осуществляющей расширение спектра - технологии spread spectrum (SS). Она основана на использовании для передачи сигналов, спектр которых значительно превышает спектр передаваемого сообщения [1].

Радиотехнологии с расширением спектра уже довольно давно используются в беспроводных системах передачи данных, в ограниченной зоне действия (локальные или кампусные сети). В последнее время они все чаще стали применяться и для решения организации абонентского доступа к ТфОП и сетям передачи данных общего пользования. К основным преимуществам широкополосных систем с расширением спектра относятся [2]:

-      повышенная помехоустойчивость;

-      обеспечение многостанционного доступа;

-      возможность обеспечения кодового разделения каналов;

-      низкий уровень спектральной плотности;

-      защищенность связи;

-      повышенная пропускная способность.

В системах радиосвязи переход на СШПС дает возможность значительно увеличить скорость передачи информации. При передаче дискретной информации максимальная скорость передачи информации C (в бодах) определяется равенством:

,

(2)

где W - частотная полоса канала связи; P - мощность сигнала на входе приемника; N0 - спектральная плотность нормальных аддитивных шумов, равномерная во всей полосе канала.

Т.о. увеличение скорости передачи информации возможно достичь путем увеличения уровня сигнал на входе приемника или увеличения полосы частот канала связи. Последняя возможность достигается применением СШП сигналов.

За счет увеличения полосы сигнала повышается устойчивость канала связи к воздействию помех различного происхождения, в том числе, и от помех соседних каналов, чем обеспечивается возможность одновременной работы большого числа каналов связи с СШС в одном частотном диапазоне. Помимо этого, за счет очень низкой спектральной плотности излучаемого сигнала обеспечивается очень высокий уровень их энергетической скрытности и защиты информации.

Потенциальные возможности СШП сигналов превосходят возможности обычных широкополосных систем по скорости передачи информации в системах связи, по разрешающей способности в системах локации, по скрытности работы, по устойчивости к внешним помехам и т.д. Такие системы могут быть более устойчивы и к условиям распространения сигнала.

 

Список литературы

 

1.        Брызгалов А.П. Сверхширокополосный сигнал большой длительности. Теория и практика применения в радиосвязи // Специальная техника, №3, 2001.

2.        Феер К. Беспроводная цифровая связь. – М: Радио и связь, 2000.

3.        Шабанов Д.П., Шайдуров Г. Я. О возможности передачи данных по электрическим сетям сверх широкополосными сигналами (СШПС). Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции "Современные проблемы радиоэлектроники". Красноярск; КГТУ, 2001.

Сетевой электронный научный журнал "СИСТЕМОТЕХНИКА", № 1, 2003 г.