Szórt spektrumú adatátvitel modellezése

Átírás

1 Elméleti összefoglaló: Szórt spektrumú adatátvitel modellezése A CDMA rendszerek spektrumkiterjesztése. A spektrumkiterjesztő eljárásoknak több lehetséges megoldása van, de a katonai s persze a polgári alkalmazásokban szükséges tulajdonságok létrehozására nem mindegyik alkalmas. Mind frekvencia-hopping, mind direct-szekvenciális rendszerekben alkalmazott módszerek mindegyikében olyan kódsorozatot alkalmaznak, amelyekre igazak az alábbiak: - A kód valamilyen alkalmazásával a kiterjesztett spektrumú jel zajszerű lesz. - A kódolt jelsorozat digitális-zajnak tekinthető(tehát álvéletlen). Azaz a sorozat a végigfutása során nem tartalmaz ismétlődéseket, belsőperiódusokat. - Az 1 -esek száma 2n-1, 1-gyel több, mint a 0. Tehát a sorozat 1 eltéréssel tartalmazzon ugyanannyi 1 -est és 0 -t. Ezzel érjük el, hogy a felderítéshez szükséges belső törvényszerűségeket és periodicitásokat kizárjuk. [5] - A csupa 0 -n kívül minden n-tagú sorozat éppen egyszer fordul elő. A csupa 0 -t alapból ki kell zárni, hiszen az álvéletlen-jelsorozat generátora ebben az esetben beragad, és mint látni fogjuk, ebből az állapotból nem tud kiugrani magától. - - Az álvéletlen sorozatot létrehozó generátor mindig maximális hosszúságú sorozatot hozzon létre, azaz: ha valamilyen állapotában forgásba lendül, akkor a periódus csak a maximális bithosszúság után kezdődjön újra. A kapcsolásnak meg kell akadályoznia, hogy a sorozatban belső periódicitás jöjjön létre, mert akkor a tervezett hosszúság és az eredeti sorozat már nem jön létre újra. A teljes 0 -ba való ragadás ellen egy logikai hálózattal védekezhetünk, amely figyeli a regiszterek kimenetét, majd ha a sorozat 0 -ban ragad, akkor az egyik bemenetére 1 -est tesz, így billentve ki állapotából. 1. ábra Shift regiszterből készített álvéletlen generátor A PRBS generátor működésére minta programot a lapon talál. CDMA_mérési_utasítás2.doc 1/5

2 2. ábra Különböző hosszóságú PRBS generátorok visszacsatolásának lehetséges megoldásai A shift-generátor jelével és a kiterjeszteni szándékozott jelsorozat jelével mod2 es összegzést végrehajtva az eredeti jelsorozat eltűnik a zajszerű sorozatban, s annak spektruma kiterjedtebb lesz. Minél hosszabb a sorozat, annál nagyobb lesz az eredő sávszélesség. Shift regiszterekből (tároló elemek) és antivalencia visszacsatoló elemekből létrehozott álvéletlengenerátorok segítségével oldható meg a feladat. Az 1. ábra Shift regiszterből készített álvéletlen generátor szerinti megoldásalkalmas az előzőekben felvázolt feltételeknek megfelelő jelsorozat létrehozására. A 2. ábra Különböző hosszóságú PRBS generátorok visszacsatolásának lehetséges megoldásai ban található táblázat tartalmazza a visszacsatolásra használt shift regiszter kimeneteket. Az álvéletlen generátoroknak működés szempontjából két nagyon fontos fajtája van. 3. ábra A reset scrambler és decsramber CDMA_mérési_utasítás2.doc 2/5

3 4. ábra Önszinkronozó scrambler és descrambler A két megvalósítás közötti lényeges különbség, hogy amíg a reset scrambler (és descrambler) két egymástól függetlenül forgó sorozatgenerátor,addig az önszinkronozó scrambler (és descrambler) esetében a két generátor szoros kapcsolatban áll egymással. A előzőesetben is a demodulált jelből történik az üzemi órajel szinkronizálása, de a vett jel nincs kapcsolatban a vételi oldal álvéletlen generátorának sorozatához. Az utóbbi esetben viszont a demodulált jelsorozat végighalad a vételoldali descrambler-en,így kizárva a különböző fáziskésések és a jitter lehetőségét. Ennek viszont ára van, az úgynevezett memória-effektus. Abban az esetben, ha a csatornában bittévesztés történik, akkor a hibás bit bekerül a descrambler-be és az mindaddig hibás jelsorozatot generál, míg a generátor által létrehozott sorozat meg nem tesz egy egész periódust. Tehát érdemes olyan csatornákban használni, ahol az összeköttetés során a csatorna megfelelő minőségű, kevés hibával rendelkezik. Mérés célja: Az ELVIS próbapanel használatának és az ELVIS műszerek használatának elsajátítása, ismerkedés a álvéletlen sorozatok felhasználásának technikájával. Mérési feladatok: 1. Először olvassa végig az összes mérési feladatot. Sok minden nem érthető még, ezért ezután tanulmányozza az ELVIS próbapanel és az ELVIS műszerek leírását. Helye: ELVIS rövid leírás, ELVIS leírás II. rész, ELVIS leírás III. rész 2. Előkészítő feladatok: Tervezze meg és készítse el a 3. feladat megoldásához szükséges rajzokat! 3. Tervezze meg és állítsa össze 3 elemű álvéletlen generátort. A tervezés során használja a 74LS164-es shit regiszter és a 74LS86-os kizáróvagy kaput 3 shiftregiszterből és egy antivalencia-visszacsatoló hálózatból álló álvéletlen generátor visszacsatolása az 1-es és 3-as kimenetekről történik. Az előre elkészített rajzot csatolja a mérési jegyzőkönyvhöz. CDMA_mérési_utasítás2.doc 3/5

4 4. Határozza meg az álvéletlen generátor által létrehozott jelsorozat: A generátor kezdeti állapota: Figyelem: A 3 tároló elemből álló generátor által létrehozott sorozat maximális hossza 7 (2 3-1). Az előre kiszámított eredményeket csatolja a mérési jegyzőkönyvhöz. 5. Kapcsoljon a shift regiszter bemenetére egy 2,5 V offset feszültségű és 2,5 V amplitúdójú négyszögjelet 4 khz frekvenciával. 6. Oszcilloszkóp segítségével ellenőrizze az áramkör működőképességét. Az oszcilloszkópot Single Step üzemmódban használja. Az oszcilloszkóp ábráját illessze be a jegyzőkönyvbe. 7. Változtassa meg az ál véletlen generátor hosszát bitesre. Minden megvalósított esetet ellenőrizzen a 4. pontnak megfelelően és az oszcilloszkóp ábráját illessze be a jegyzőkönyvbe. 8. A 7 bites álvéletlen generátor felhasználásával vizsgálja meg a jel teljesítmény sűrűség spektrumát, és hasonlítsa össze az órajel (FGENFUNC OUT) spektrumával. Az ELVIS Dynamic Signal Analyzer beállításai: A Frequency Span legyen az 8000Hz; Resulution 200; Használjon Hamming ablakot; Az alapfrekvencia szintje a diagram teteje környékén legyen a teljes dinamikát 30 db értékre állítsa. Illessze a jegyzőkönyvbe ábrákat és magyarázza meg a kapott eredményeket, megfelel-e a kialakítás a szórt spektrumú átvitel követelményeinek.. 9. A mérőhelyen található, megépített az önszinkronozó scrambler és descrambler áramkört kapcsolja + 5V tápfeszültségre! Adjon az imp. feliratú bemenetre 8 khz frekvenciájú, 2,5V amplitúdójú, 2V-os offsettel jellemzett 50%-os kitöltésű négyszögjelet. Oszcilloszkóppal mérje meg az MP1 adatbemeneti ponton található jelet! Indokolja meg a kapott jel jellemzőit! Az oszcilloszkóp ábráját illessze be a jegyzőkönyvbe. (a 74LS74-os D tároló adatlapja: A funkció generátoron csökkentse a jel kitöltési tényezőjét 10%-ra. Oszcilloszkóppal mérje meg az MP1 adatbemeneti ponton található jelet! Indokolja meg a kapott jel jellemzőit! Az oszcilloszkóp ábráját illessze be a jegyzőkönyvbe. CDMA_mérési_utasítás2.doc 4/5

5 11. Oszcilloszkóp segítségével vizsgálja meg az áramkörben a bementi és kimeneti pontokon (MP1-MP4) látható jelalakokat. A vizsgálat során az oszcilloszkóp egyik sugarát a bementi pontra míg másik sugarát a kimeneti pontra helyezze. Az oszcilloszkóp ábráját illessze be a jegyzőkönyvbe. 12. Oszcilloszkóp segítségével vizsgálja meg az áramkörben a bementi és átviteli úti pontokon (MP2 és MP3) látható jelalakokat. A vizsgálat során az oszcilloszkóp egyik sugarát a bementi pontra (MP1) míg másik sugarát az átviteli út pontjaira (MP2-MP3) helyezze. Az oszcilloszkóp ábráját illessze be a jegyzőkönyvbe. 13. A jegyzőkönyvet a mérés napján küldje mellékletként a tihanyia@digitus.itk.ppke.hu címre. Az elektronikus levél tárgy rovatában szerepeljen az CDMA meres karaktersor. 5. ábra Önszinkronozó scrambler és descrambler A valóságos megoldásoknál az Órajelet az adó és a vevő között általában viszik át külön csatornán, ezért szükséges az adatjel felhasználásával az órajel visszaállítása ami abban az esetben lehetséges, ha az adatjel kellően sok változást tartalmaz, tehát ha hosszú logikai 0 vagy 1 sorozatot tartalmaz adatjel akkor is kellően sok váltás van az adatjelen belül. Rövidítések: LFSR Liniar Feedback Shift Register PRBS Pseudo Random Binary Sequence CDMA Code Division Multipley Acces Jó mérést! CDMA_mérési_utasítás2.doc 5/5