| 6.5.5. Základní vlastnosti a oblasti použití | |
Jednou z nejzávažnějších předností systémů s rozprostřeným spektrem je jejich schopnost velmi účinně potlačovat poruchy. Všimněme si z toho hlediska hlavně systému s přímou modulací. Jeho důležitým parametrem je tzv. systémový zisk Go, charakterizující zlepšení poměru signál/šum, k němuž dochází v korelátoru přijímače při přeměně širokopásmového signálu na úzkopásmový. Uvedená veličina je určena vztahem [1]
Go = Bvf / Bi ≈ rpn / ri
přičemž význam jednotlivých symbolů je definován relací (6). Jsou-li tedy například bitové rychlosti kódovacího signálu rpn = 107 bitů/s a informačního signálu ri = 103 bitů/s, bude zisk Go = 10 , tj. 40 dB (současné systémy mají typické hodnoty zisku asi 20 až 60 dB).
Obr. 8 a,b,c
- K vysvětlení principu potlačení úzkopásmových
a širokopásmových poruch u systému s přímou modulací kódovou posloupností
Přivádí-li se k přijímači uvažovaného typu určitý užitečný vstupní signál, dochází v korelátoru k jeho násobení se synchronním referenčním signálem, čímž se zužuje jeho pásmo z hodnoty Bvf na hodnotu Bi odpovídající šířce pásma následujícího pásmového filtru (viz obr. 8a). Přichází-li k přijímači navíc ještě intenzívní rušivý signál, o němž předpokládejme, že je čistě sinusový, bude v korelátoru v důsledku "asynchronního" násobení referenčním signálem jeho spektrum naopak rozšířeno, a to právě na hodnotu Bvf (obr. 8b); následující propust však z něho dále propustí opět jen úzký úsek Bi), takže na výstupu propusti je rušivý signál potlačen v poměru Bo / Bi, tj. v poměru systémového zisku Go. Je-li na vstupu přijímače přítomen širokopásmový rušivý signál, s šířkou pásma Br srovnatelnou s šířkou Bvf, a není-li korelován se signślem přijímaným (užitečným), bude korelátorem rovněž rozprostřen, a to do pásma (Bvf + Br). Zmíněné pásmo je ale širší než v případě úzkopásmového rušení a tudíž spektrální hustota širokopásmové poruchy bude menší než poruchy úzkopásmové. V důsledku toho se bude i po úzkopásmové filtraci širokopásmové rušení projevovat slaběji než úzkopásmové s bude tedy méně nebezpečná(ovšem při stejných rušivých výkonech v obou případech), obr. 8c.
V předchozích úvahách se předpokládá, že užitečný i rušivý signál prochází v přijímači korelátorem. U přijímačů koncipovaných podle obr. 2a se však může stát, že silný úzkopásmový rušivý signál "obchází" po parazitních cestách korelátor a poté nepotlačen vstupuje do dalších stupňů přijímače a intenzívně ruší. Z tohoto důvodu se v praxi dává přednost přijímačům podle obr. 6a, kde tento jev nenastává.
U systémů se skokovou změnou kmitočtu nosné s dalších výše zmíněných dochází rovněž k potlačení rušení, i když ne v takové míře jako u systému s přímou modulací. K dosažení malé chybovosti přenosu je proto nutné u takových variant leckdy zavádět do přenášeného signálu určitou nadbytečnou informaci (redundanci).
Schopnost systémů a rozprostřeným spektrem vylepšovat výrazně na přijímací straně poměr signál/šum a potlačovat poruchy je přímo předurčuje pro ty aplikace, kde jsou uvedené parametry kritické. Tak například při spojení se vzdálenými kosmickými sondami je výhodné, že požadované přenosové kapacity kanálu lze při omezených výkonech vysílačů sondy dosáhnout náležitým rozšířením kmitočtového pásma (viz vztah (1)). Samozřejmě se příznivě uplatňuje i vysoká odolnost proti rušení, ať již je přirozeného původu, či záměrně vyvolané. Zmíněné vlastnosti jsou ovšem vítané i v některých pozemních radiokomunikačních službách, například v systémech pro spojení a mobilními objekty; ve zmíněné aplikaci mají uvažované systémy navíc ještě výhodu velkého potlačení úniku, vyvolaného šířením po vícenásobných hranách [8] (odražené signály totiž přicházejí do přijímače poněkud později, než signál přímý, takže jsou korelátorem vyhodnocovány jako poruchy a tedy jsou potlačovány.) V oblasti letecké radiokomunikace jsou zmíněné přednosti rovněž cenné, avšak použitelnost systémů s rozprostřeným spektrem leckdy omezuje dopplerovský posun kmitočtu; ten je u moderních rychlých letadel relativně velký a nelze ho - nejsou-li známy parametry dráhy letu - v přijímači kompenzovat.
V řadě speciálních aplikací se úspěšně využívá schopnosti systémů a rozprostřeným spektrem utajit přenášenou informaci. Připomeňme si, že chce-li nežádoucí stanice přijímat ať kódovaný širokopásmový signál, musí být především vybavena stejným přijímačem jako stanice žádoucí, avšak navíc ještě musí znát strukturu kódové posloupnosti, pomoci které se uskutečňuje rozprostření spektra. I když moderní metody zpracování signálů umožňují "nepříteli" tuto strukturu po určité době příjmu zjistit - takže utajení není stoprocentní - přece jen jsou systémy s rozprostřeným spektrem proti dosavadním technikám utajení velkým pokrokem. Jejich hodnotu z tohoto hlediska ještě zvyšuje skutečnost že signál s rozprostřeným spektrem leží obvykle hluboko pod úrovní šumů, takže nelze klasickými měřícími metodami (např. panoramatickým přijímačem ap.) dost dobře zjistit ani jeho přítomnost [6].
Určitou nevýhodou systémů s rozprostřeným spektrem jsou právě jejich velké nároky na šířku pásma vf zabíranou jediným kanálem. Slabinu však lze značně potlačit tím, že se do daného pásma umístí více kanálů s rozprostřeným spektrem. Pokud jsou jejich kódové posloupnosti nekorelované, kanály se neruší a mohou přenášet nezávislé informace. Takto je tedy možné uskutečnit kódovaný multiplexní přenos (CDMA), resp. selektivní volbu přijímacích stanic.
Jednou z vůbec nejdůležitějších aplikací systémů s rozprostřeným spektrem je radiová navigace, zejména pak systémy pro měření dálky. Jejich výhodou v porovnání s klasickými radiolokátory používajícími nemodulované impulsy, je podstatně větší rozlišovací schopnost. Ta je totiž dána jako poměr rychlosti světla c a bitové rychlosti kódové posloupnosti rpn, takže například při běžně užívaných hodnotách rpn = 3.107 bitů/s a rychlosti c = 3. 108 m/s se dosáhne rozlišovací schopnosti 10 metrů, kterou lze považovat za velmi dobrou.
| 6.5.6. Závěr | |
Komunikační systémy s rozprostřeným spektrem mají řadu specifických výhod, které leží za hranicemi možností klasických způsobů radiové komunikace. Umožňují realizovat spolehlivé spojení v kanálech s vysokou úrovní poruch a při velmi špatném poměru signál šum, dovolují přenášenou informaci utajit, nabízejí i možnost uskutečnit kódovaný multiplexní provoz; s využitím jejich principů lze realizovat také velmi přesné navigační systémy. V některých aplikacích jsou přednosti tak závažné, že jednoznačně opravňují preferenci systémů s rozprostřeným spektrem před klasickými, přestože technika rozprostřeného spektra je po obvodové stránce složitější. Otázku obvodové náročnosti však velmi efektivně řeší vhodné monolitické obvody s velkým stupněm integrace.
Doc. ing. Václav Žalud, CSc.
Literatura:
