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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 현대 통신 및 탐색 시스템의 주요 유형의 코드 시퀀스. 참조 데이터
이 기사에서는 현대 통신 및 내비게이션 시스템에 사용되는 주요 코드 시퀀스 유형을 설명합니다. 주어진 매개변수는 이 분야의 현대 연구를 참조하여 과학적이고 실용적인 관점에서 고려됩니다. 무선 공학 정보 전송 시스템에서 의사 난수 코드 시퀀스의 선택은 시스템 처리의 이득, 잡음 내성 및 감도가 매개변수에 의존하기 때문에 매우 중요합니다. 코드 시퀀스의 길이가 같더라도 시스템 매개변수가 다를 수 있습니다. 복잡한 잡음 유사 신호를 사용하는 시스템은 50년 이상 사용되어 왔습니다. 고출력 협대역 간섭에 대한 높은 노이즈 내성, 코드로 가입자를 분리할 수 있는 가능성, 전송의 비밀성, 다중 경로 전파에 대한 높은 저항, 심지어 높은 해상도와 같은 노이즈 유사 신호의 잘 알려진 이점 레이더 및 항법 측정, 다양한 통신 시스템에서 미리 결정된 사용 및 위치 결정. 잡음과 유사한 신호의 어떤 매개변수로 인해 애플리케이션에 여러 가지 놀라운 특성이 있으며 이를 개선할 수 있습니까? 노이즈 유사 신호의 특성 잡음과 같은 신호를 사용하는 시스템의 중요한 매개변수는 처리 이득입니다. 처리 이득(BO)은 수신기에서 수신한 잡음 유사 신호를 원하는 정보 신호로 변환할 때 신호 대 잡음비가 개선되는 정도를 나타냅니다. 이 절차를 압축 또는 역확산이라고 합니다. 고전적인 정의에 따르면 VO는 다음과 같습니다. VO \u10d XNUMXLg [Cк /와 함께и]어디에서 Ск - 의사 난수 시퀀스 칩의 주파수, 칩/초. Си - 정보 전송 속도, 비트/초. 이 정의에 따르면 정보 속도가 1Mbps이고 칩 속도가 11Mchips/sec(정보의 각 비트가 11비트의 의사 난수 시퀀스로 인코딩됨)인 시스템의 RR은 10,41dB입니다. 이 결과는 입력에서 유용한 신호가 10,41dB 감소하더라도 정보 전송 시스템의 작동성이 동일한 BER로 유지된다는 것을 의미합니다. 알란(Arlan), 웨이브란(Wavelan) 등과 같은 기존의 상용 잡음형 무선 모뎀에서는 스텔스나 잡음 내성보다 정보 전송 속도가 가장 우선시되는 경우가 많다. 이러한 장치에 대한 미국 연방 통신 위원회(FCC)의 지침은 10dB의 최소 VO 값을 제공하고 또한 한 채널의 최소 허용 대역폭을 할당하기 때문에(이는 칩 C의 최대 반복 속도에 대한 제한을 부과합니다)к), 의사 난수 코드 시퀀스의 길이는 비트당 최소 11개 칩이어야 합니다. 코드 시퀀스의 길이를 비트당 64개의 칩으로 늘리면(이는 Zilog의 잘 알려진 NPS Z87200 프로세서의 가능한 최대 길이임) 11Mchip/sec의 동일한 칩 반복 속도로 처리 이득은 10Lg(64) = 18,06dB이면 정보 전송 속도는 64/11 = 5,8배로 감소합니다. NPS 시스템에서 사용하려면 코드 시퀀스에 특정 수학적 속성과 기타 속성이 있어야 하며 그 중 주요 속성은 매우 우수한 자기상관 및 상호상관 속성입니다. 또한 코드 시퀀스는 균형이 잘 맞아야 합니다. 즉, XNUMX과 XNUMX의 수는 한 문자 이하로 달라야 합니다. 마지막 요구 사항은 정보 신호의 상수 구성 요소를 제외하는 것이 중요합니다. DSSS 수신기는 수신된 코드 시퀀스를 메모리에 저장된 정확한 사본과 비교합니다. 그들 사이의 상관관계를 감지하면 정보 수신 모드로 전환하고 동기화를 설정하고 유용한 정보를 디코딩하는 작업을 시작합니다. 부분적인 상관 관계는 잘못된 긍정과 수신기의 중단으로 이어질 수 있으므로 코드 시퀀스가 좋은 상관 관계 속성을 가져야 하는 이유입니다. 상관 관계의 개념을 더 자세히 고려하십시오. 자기상관 및 상호상관 함수 NPS 시스템에서 사용되는 코드 시퀀스의 상관 속성은 코드 시퀀스의 유형, 길이, 심볼의 반복률 및 심볼별 구조에 따라 다릅니다.(1). 일반적으로 자기상관 함수(ACF)는 적분에 의해 결정됩니다. Y (t ) = ∫f(t)f(t-t )dt τ만큼 시간이 이동하여 신호와 자체 복사본의 연결을 보여줍니다. ACF에 대한 연구는 잘못된 동기화를 설정할 가능성이 가장 낮다는 점에서 코드 시퀀스 선택에 중요한 역할을 합니다. 반면에 교차 상관 함수(CCF)는 CDMA와 같은 코드 분할 시스템에서 매우 중요하며 적분 기호 아래에 다른 기능이 있고 동일한 기능이 아니라는 점에서만 CCF와 다릅니다. Y (t ) = ∫f(t)g(t-t )dt 따라서 PCF는 한 코드 시퀀스가 다른 코드 시퀀스에 대응하는 정도를 보여줍니다. ACF와 VKF의 개념을 단순화하기 위해 특정 함수의 값을 문자별로 비교할 때 코드 시퀀스 기호의 일치 A와 불일치 B 간의 차이로 나타낼 수 있습니다. 이 예를 설명하기 위해 다음 형식을 갖는 11칩 길이의 Barker 코드 시퀀스의 자기상관 함수를 고려하십시오. 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 이 시퀀스와 자체 사본의 문자별 비교가 표에 요약되어 있습니다.
이 Barker 시퀀스의 ACF에 대한 그래픽 표현이 그림에 나와 있습니다.
이러한 ACF는 잘못된 신호 감지에 기여할 수 있는 측면 피크가 없기 때문에 이상적이라고 할 수 있습니다. 부정적인 예로서 임의의 코드 시퀀스를 고려하십시오. 예를 들면 다음과 같습니다. 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 이전 예에 해당하는 계산을 수행하면 그림에 표시된 자기 상관 함수의 다음 그래픽 표현을 얻습니다.
7 및 3 유닛의 사이드 피크는 이러한 시퀀스가 신호 분배에 사용되는 경우 시스템의 잘못된 경보로 이어질 수 있습니다. 정보 전송을 위한 고속 NPS 시스템이지만 가입자의 코드 분리가 아닌 경우에는 자기상관 특성이 좋은 Barker 코드가 일반적으로 사용됩니다. 컴퓨터 시뮬레이션의 도움으로 Barker 코드와 길이가 같을 때 더 나은 상관 특성을 갖는 소위 Willard 코드(2)가 발견되었습니다. 13개 이상의 심볼 길이를 갖는 바커 코드 시퀀스는 알려져 있지 않으므로 더 큰 VO, 더 큰 노이즈 내성, 가입자의 코드 분리를 위해 더 긴 길이의 시퀀스가 사용되며, 그 중 상당 부분은 M을 형성합니다. - 시퀀스. M-서열 가장 잘 알려진 위상 편이 키잉 신호 중 하나는 코드 시퀀스가 최대 길이 시퀀스 또는 M 시퀀스인 신호입니다. M 시퀀스를 구축하기 위해 일반적으로 주어진 길이의 시프트 레지스터 또는 지연 요소가 사용됩니다. M 시퀀스의 길이는 2입니다.N-1, 여기서 N은 시프트 레지스터의 비트 수입니다. 방전 출력을 피드백 회로에 연결하는 다양한 옵션은 특정 시퀀스 세트를 제공합니다. M-시퀀스의 ACF는 값이 -1에서 값 0까지 변하는 1±1 영역을 제외하고 모든 지연 값에 대해 -2과 같습니다.N-하나. 또한 M-시퀀스에는 또 다른 흥미로운 속성이 있습니다. 각 시퀀스에는 1보다 XNUMX이 하나 더 많습니다. 많은 문헌이 M-서열의 형성 방법과 특성에 할애되어 있으므로 이에 대해서는 자세히 다루지 않겠습니다. 새로운 PRISM 칩셋의 기능을 탐색하려면TM Harris Semiconductor는 자기상관함수의 관점에서 최적의 것을 찾기 위해 짧은 M-sequence와 Barker code에 대한 실용적인 연구를 수행하였다(3). 이 연구의 일환으로 길이가 15인 M-서열이 분석되었으며 형식은 다음과 같습니다. 111 1000 1001 1010 결과적으로 다음 형식의 13자 Barker 시퀀스보다 자기상관 속성이 더 나쁩니다. 1 1111 0011 0101 M-시퀀스의 ACF에 대한 실제 보기가 그림에 나와 있습니다.
비교를 위해 길이가 13인 Barker 코드 시퀀스의 ACF:
오실로스코프 시계는 사진 상단에 표시됩니다. 사진에서 볼 수 있듯이 M-sequence에는 여러 개의 큰 측면 피크가 있어 NPS 시스템의 수신 품질을 크게 저하시킬 수 있으며 때로는 잘못된 신호 감지로 이어질 수 있습니다. 추가 연구 과정에서 밝혀진 바와 같이 13자 Barker 코드 시퀀스에 XNUMX개의 XNUMX이 추가되면 결과 시퀀스의 ACF 001 1111 0011 0101 15개의 기호로 구성된 M-시퀀스의 설명된 ACF보다 훨씬 낫습니다. 새로 얻은 시퀀스의 ACF:
따라서 짧은 M-시퀀스는 XNUMX과 XNUMX의 더 나은 균형에도 불구하고 자기 상관 속성 측면에서 Barker 시퀀스보다 훨씬 열등합니다. M 시퀀스를 사용하는 가장 잘 알려진 시스템 중 가입자 코드 분할 CDMA와 글로벌 내비게이션 시스템 GPS를 사용하여 이동 통신 시스템의 이름을 지정할 수 있습니다. CDMA 시스템은 세 가지 코드 시퀀스를 사용합니다. 모든 장비의 작동을 동기화하는 데 사용되는 첫 번째는 가변 길이 N ≈ (32÷131)103 문자. 두 번째 M-시퀀스의 최대 길이는 N=2입니다.42-1이며 기지국에서 가입자 스테이션을 식별하는 데 사용됩니다. 세 번째 시퀀스는 기지국과 가입자 스테이션 사이에 유용한 정보를 전송하는 데 사용되며 Walsh 시퀀스 중 하나입니다. Walsh 시퀀스(Hadamard 행렬의 행 또는 열이 그 역할을 함)는 서로에 대해 직교성의 속성을 갖습니다. 수학적 관점에서 직교성은 Walsh 시퀀스 사이에 시간 이동이 없는 경우 내적이 5임을 의미합니다. 무선 공학의 관점에서 이것은 기지국에서 여러 가입자 스테이션으로 정보를 전송할 때 상호 간섭을 제거하여 통신 시스템의 처리량을 크게 증가시킬 수 있습니다(XNUMX). 이러한 직교성의 이점은 모든 가입자에 대한 시퀀스 전송의 정확한 동기화의 경우에만 발생합니다. CDMA 기지국과 가입자 스테이션의 정확한 동기화는 주로 글로벌 내비게이션 시스템 GPS의 도움으로 수행됩니다. Walsh 시퀀스 외에도 Digilok 및 Stiffler 시퀀스와 같은 다른 직교 시퀀스가 통신 시스템에 사용됩니다. M-시퀀스 그 자체에 더하여, 복합 코드 시퀀스는 M-시퀀스의 조합이고 몇 가지 특정 속성을 갖는 통신 시스템에서 응용을 발견했습니다. 그 중 가장 유명하고 사용되는 것은 Gould 시퀀스입니다. Gould의 코드 시퀀스는 동일한 용량의 두 시프트 레지스터를 기반으로 하는 간단한 시퀀스 생성기를 사용하여 구성되며 M 시퀀스와 관련하여 두 가지 이점이 있습니다. 첫째, 각각 길이가 N인 두 개의 시프트 레지스터를 기반으로 구축된 코드 시퀀스 생성기는 두 개의 원래 M 시퀀스에 추가하여 길이가 2인 N개의 시퀀스를 추가로 생성할 수 있습니다.N-1 즉, 생성된 코드 시퀀스의 수가 크게 확장됩니다. 둘째, Gould 코드는 하나의 생성기로부터 수신된 모든 코드 시퀀스에 대한 CCF가 동일하고 사이드 피크 값이 제한되도록 선택될 수 있습니다. M-시퀀스의 경우 TCF의 측면 피크가 특정 지정된 값을 초과하지 않는다고 보장할 수 없습니다. Gould 코드 시퀀스는 GPS와 같은 글로벌 네비게이션 시스템에 사용됩니다. 소위 "대략" 코드(C/A - 클리어/획득)는 1023MHz의 클록 주파수로 전송되는 1,023자 길이의 Gould 시퀀스를 사용합니다. 군사 및 특수 기관에서 액세스할 수 있는 정확히 동일한 코드(P - 정밀도)는 반복 주기가 267일이고 클록 주파수가 10,23MHz인 매우 긴 복합 시퀀스를 사용합니다. Gould의 복합 시퀀스 외에도 Kasami 시퀀스가 가장 많이 사용됩니다. 새로운 기술 이 글에서 언급한 M-sequences, Gould's, Kasami's sequence는 선형형성 알고리즘을 가지는 sequence를 의미한다. 이러한 시퀀스의 주요 단점은 예측 가능성과 관련된 전송 기밀성이 없다는 것입니다. 비선형 시퀀스는 더 예측할 수 없습니다. 최근에는 동적 혼돈 현상을 이용한 잡음 유사 신호 생성에 관한 많은 논문이 발표되었습니다(4). 동적 혼돈 현상은 특정 조건 하에서 결정론적 동적 시스템의 움직임이 광대역 혼돈 과정의 모든 특성을 갖는다는 것입니다. 동시에, 이 현상을 설명하는 알고리즘의 근본적인 특징은 비선형성이며, 생성된 시간 프로세스의 특징은 비주기성입니다. 이는 다양한 목적을 위해 무선 공학 시스템에서 사용할 수 있는 새로운 종류의 무작위 시퀀스, 즉 의사 무작위 시퀀스에 대한 요구 사항을 더 잘 충족하는 광대역 카오스 ShHS 신호를 검색할 수 있는 가능성을 열어줍니다. 결론 유럽 국제 프로그램의 틀 내에서 이미 개발되고 있는 6세대 모바일 시스템은 의사 무작위 시퀀스에 의해 생성된 광대역 신호를 사용할 것입니다. 특히 Ericsson이 개발한 WCDMA(광대역 CDMA)가 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 기본 표준으로 선택되었습니다. 다양한 각도에서 미래의 글로벌 통신 문제에 접근하려고 노력하는 세계의 모든 선진 통신 회사와 주요 대학을 어느 정도 통합하는 XNUMX개 이상의 프로젝트가 있습니다(XNUMX). 먼 미래에 분명히 우리 행성의 모든 주민들은 크기가 작고 비디오 전화에서 글로벌 세계 정보 시스템에 대한 액세스에 이르기까지 사용 가능한 모든 유형의 통신을 소유자에게 제공하는 자신의 터미널을 갖게 될 것입니다. 그리고 그러한 시스템에서 의사 난수 시퀀스를 사용하는 가입자의 코드 분리가 사용될 가능성이 높습니다. 문학
저자: Malygin Ivan Vladimirovich; 발행: library.espec.ws
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