WikiSort.ru - Не сортированное

Сверхкороткие импульсы

Форма сверхкоротких импульсов^[7] описывается моноциклом Гаусса, то есть первой производной от известной кривой распределения Гаусса:

${\displaystyle A(t)=A_{0}{\sqrt {2e}}{\frac {t}{\Delta t}}exp(-{\frac {t^{2}}{\Delta t^{2}}})}$ ,

где ${\displaystyle \Delta t}$  — длительность импульса, ${\displaystyle A_{0}}$  — его амплитуда. Ширина ${\displaystyle \Delta F}$ спектра мощности импульса обратно пропорциональна длительности импульса ${\displaystyle \Delta t}$ . Форма спектра мощности такого импульса описывается соотношением:

${\displaystyle S(f)=A_{0}{\sqrt {2\pi e}}f{\Delta t^{2}}exp(-{\frac {f^{2}\Delta t^{2}}{2}})}$ .

База ультракороткого импульса ${\displaystyle B=\Delta t\Delta F\approx 1}$ .

При использовании импульсов длительностью ${\displaystyle \Delta t}$ от 2,0 нс до 0,1 нс ширина полосы спектра мощности составляет соответственно от 500 МГц до 10 ГГц. Спектр сигнала занимает полосу частот от 0 до ${\displaystyle \Delta F\approx 1/\Delta t}$ .

Пачки сверхкоротких импульсов

Для кодирования информационного символа можно использовать не один ультракороткий импульс, а пачки таких импульсов^[8]. При использовании пачки N импульсов база сигнала увеличивается в N раз.

При формировании пачки амплитуда каждого импульса и его положение относительно номинального значения момента времени излучения/приема задается в соответствии с кодовой расширяющей последовательностью. При этом можно добиться повышения помехоустойчивости и/или обеспечения многопользовательского доступа в одном и том же частотном диапазоне (кодовое разделение канала между несколькими пользователями).

Свойством как одиночных сверхкоротких импульсов, так и пачек таких импульсов является то, что спектр этих сигналов начинается практически от нулевой частоты. Это затрудняет выполнение условий спектральной маски для нелицензируемого использования СШП сигналов.

Короткие радиоимпульсы

Короткие радиоимпульсы^[9] допускают гибкое управление своим спектром. Они представляют из себя цуги синусоидальных колебаний с колоколообразной огибающей, описываемые следующим выражением:

${\displaystyle A(t)=exp(-{\frac {t^{2}}{2\Delta t^{2}}})\cdot sin(2\pi \cdot f_{c}\cdot t)}$ ,

где ${\displaystyle \Delta t}$  — характерная длительность огибающей радиоимпульса, ${\displaystyle f_{c}}$  — центральная частота колебаний. Спектр такого сигнала имеет вид

${\displaystyle S(f)=exp(-2(\pi (f\pm f_{c})\Delta t)^{2})}$ .

Короткий радиоимпульс формируется в два этапа. Сначала в низкочастотном диапазоне (baseband) формируется импульс огибающей длительностью ${\displaystyle \Delta t}$ , имеющий гауссовскую форму, затем он перемножается с периодическим несущим сигналом с частотой ${\displaystyle f_{c}}$ . Полученный таким образом сигнал имеет ширину спектра ${\displaystyle \Delta F\approx 1/\Delta t}$ и центральную частоту ${\displaystyle f_{c}}$ . База сигнала ${\displaystyle B\approx 1}$ .

Пачки коротких радиоимпульсов

Пачки коротких радиоимпульсов^[9][10], как и в случае со сверхкороткими импульсами, используются для увеличения базы сигнала и получения дополнительных возможностей по модуляции и организации многопользовательского доступа. Формируются в соответствии с расширяющими последовательностями так, что информационный символ кодируется пачкой КРИ. База сигнала при этом увеличивается в N раз, где N — число импульсов в пачке.

Пачки коротких радиоимпульсов предоставляют дополнительные возможности организации множественного доступа, связанные с разделением сигналов разных групп пользователей по частоте.

Сигналы с ортогонально-частотным мультиплексированием (OFDM)

Сигнал формируется ${\displaystyle N}$ гармоническими поднесущими, разнесенными по частоте на равные промежутки ${\displaystyle \Delta f}$ [11]. Другими словами, занимаемая сигналом полная полоса частот ${\displaystyle \Delta F}$ делится на ${\displaystyle N}$ подканалов. Все поднесущие взаимно ортогональны на интервале длительности импульса ${\displaystyle T_{s}}$ , в пределах которого располагается OFDM символ (${\displaystyle T_{s}=1/\Delta f}$ ). Для передачи информации каждая из поднесущих модулируется независимо с помощью методов фазовой манипуляции (BPSK, QPSK, 8PSK, 16/64/256QAM), так что на каждой поднесущей формируется свой сигнал, которые перед излучением в эфир складываются, формируя OFDM сигнал. Для OFDM-сигналов характерна большая изменчивость по амплитуде и, как следствие, большой пик-фактор (см. рисунок). СШП OFDM-сигнал занимает полосу частот около 500 МГц. База СШП OFDM-сигнала меняется от 1 до 10 в зависимости от скорости передачи. Множественный доступ может быть организован за счет выделения разным пользователям разных участков доступного частотного диапазона.

Хаотические радиоимпульсы

Хаотические радиоимпульсы представляют собой фрагменты хаотического сигнала, который генерируется непосредственно в требуемом частотном диапазоне[12][13]. Формирование импульсов осуществляется либо за счёт внешней модуляции, либо за счёт внутренней в транзисторном генераторе хаотических колебаний[14][15]. Особенностью сверхширокополосного хаотического радиоимпульса является то, что его спектр практически не зависит от длительности импульса. Это обусловлено тем, что спектр исходных хаотических колебаний уже является сверхширокополосным, и уширение спектра при уменьшении длительности импульса является незначительным. Математически это выражается следующим образом. Характерная ширина спектра мощности потока хаотических радиоимпульсов составляет ${\displaystyle \Delta F\approx \Delta f+2\Delta s}$ , где ${\displaystyle \Delta f}$  — полоса хаотического сигнала, ${\displaystyle \Delta s}$  — характерная ширина спектра модулирующего видеоимпульса. При условии, что длительность модулирующего видеоимпульса ${\displaystyle \Delta t}$ удовлетворяет соотношению ${\displaystyle \Delta s=1/\Delta t\ll \Delta f}$ , т.е. импульс содержит более нескольких квазипериодов хаотических колебаний, ширина спектра мощности потока хаотических радиоимпульсов практически совпадает с шириной непрерывного хаотического сигнала. База хаотического радиоимпульса определяется произведением полосы хаотического сигнала на длительность ${\displaystyle B=\Delta t\Delta F}$ и может меняться в широких пределах за счет увеличения длительности, при необходимости легко достигая сотен и тысяч.

Импульсы с линейно-частотной модуляцией (ЛЧМ импульсы, chirps)

Сверхширокополосные ЛЧМ-импульсы представляют собой импульсные сигналы, внутри импульса частота меняется по линейному закону либо возрастая, либо убывая[16] ${\displaystyle A(t)=A_{0}(T)sin(2\pi f_{0}t\pm \pi \alpha t^{2})}$ , где ${\displaystyle A_{0}(T)}$  — огибающая ЛЧМ импульса, описываемая колоколом Гаусса, ${\displaystyle f_{0}}$  — начальная частота колебаний (в начале импульса), ${\displaystyle \alpha }$  — скорость перестройки частоты. База ЛЧМ импульса составляет ${\displaystyle B=\Delta t\Delta F}$ , она может превышать 1, однако не может быть большой.