ITU-R SM 1055 FRENCH-1994 THE USE OF SPREAD SPECTRUM TECHNIQUES《扩频技术的使用》.pdf

1、Rec. UIT-R SM.1055 1RECOMMANDATION UIT-R SM.1055LUTILISATION DES TECHNIQUES DTALEMENT DU SPECTRE(Question UIT-R 71/1)(1994)Rec. UIT-R SM.1055LAssemble des radiocommunications de lUIT,considranta) que les systmes talement du spectre permettent, dans certaines conditions, damliorer lutilisation enpart

2、age des bandes de frquences, et donc de se rapprocher des objectifs fixs;b) que les systmes talement du spectre comprennent des systmes sauts de frquence et squence directe etdes systmes mixtes sauts de frquence/squence directe;c) que les systmes talement du spectre peuvent prsenter lexploitation de

3、s avantages tels quune meilleurersistance au brouillage et un meilleur fonctionnement en cas de propagation par trajets multiples;d) que la question du brouillage mutuel entre signaux dtalement du spectre et, entre signaux dtalement duspectre et signaux bande troite plus classiques ncessite un compl

4、ment dtude;e) que les systmes talement du spectre ne fonctionnent pas comme les systmes de communication bandetroite plus classiques,recommande1. de sinspirer des descriptions des techniques dtalement du spectre et des calculs du rapport signal/bruitcontenues dans lAnnexe 1, pour la description des

5、modulations squence directe (SD) et sauts de frquence (SF) etde la modulation mixte saut de frquence-squence directe (SF/SD);2. dutiliser, dans ltude de leffet des signaux dtalement du spectre sauts de frquence et frquence directesur plusieurs signaux communs signal par signal, y compris la MA (A3E)

6、 la MF (F3E), la MRF-MF large bande (F8E)et la tlvision, les rapports signal/brouillage, les affaiblissements de propagation minimale requis et dautres mesures dela dgradation de la qualit de fonctionnement entre brouilleurs potentiels dcrits dans lAnnexe 2;3. dutiliser les procdures dcrites dans l

7、Annexe 3 pour calculer leffet des systmes squence directe et sautsde frquence sur les rcepteurs numriques, les rcepteurs en phonie MA et les rcepteurs en phonie MF.Note 1 Des tudes complmentaires mettent laccent sur les effets des brouilleurs multiples talement du spectre encas dencombrement du spec

8、tre.ANNEXE 1Techniques dtalement du spectre1. IntroductionLa prsente Annexe dcrit les techniques dtalement du spectre avec largissement de la largeur de bande etleurs capacits dlimination du brouillage.On peut dfinir un systme dtalement du spectre (ES) comme un systme dans lequel lnergie moyenne dus

9、ignal mis se rpartit sur une bande de frquences beaucoup plus large que la bande de frquences des informationsproprement dite (la largeur de bande du signal mis est au moins deux fois plus grande que la bande dinformation pourla modulation double bande latrale en amplitude et gnralement quatre fois

10、plus grande, ou plus encore, pour unsystme modulation de frquence bande troite, tandis que le rapport est de 100 1 pour un systme ES linaire.) Leprincipe de ces systmes est quils compensent une bande dmission plus large par une moindre densit spectrale depuissance et une capacit dlimination plus gra

11、nde des signaux brouilleurs dans la mme bande de frquences. Du fait2 Rec. UIT-R SM.1055que la puissance transmise dans la bande passante des rcepteurs bande troite peut tre plus faible, ces systmesoffrent des possibilits de partage du spectre avec des systmes bande troite de type classique. De plus,

12、 les systmesde rception ES permettent dliminer des niveaux de brouillage levs. Il faudrait donc dterminer jusqu quel point cessystmes utilisent efficacement le spectre radiolectrique.Il convient dtudier ici deux types distincts de techniques ES avec largissement de la largeur de bande. Avecces techn

13、iques, llimination du signal brouilleur peut tre linaire ou non linaire. La mthode MF classique estcaractristique des techniques non linaires car il ny a augmentation du rapport signal/bruit S/N (dB) la sortie quelorsque le rapport S/N lentre est suprieur au premier rapport (rapport de captation du

14、bruit). Ainsi, le rapport S/N lentre doit tre normalement suprieur 10 dB pour permettre une amlioration linaire par rapport au bruit. Aurebours des systmes du type MF, les systmes ES dcrits dans la prsente Annexe sont linaires, de sorte quelamlioration demeure constante, mme si le rapport signal uti

15、le/signal brouilleur lentre est ngatif. Le rapport signalutile/signal brouilleur la sortie (S/I)outsaccrot en comparaison du rapport signal utile/brouillage lentre (S/I)inet sedfinit comme le gain de traitement PG du systme. Dune manire gnrale, le PG peut atteindre 100 par rapport 1 ouplus. Le PG se

16、 dfinit par lquation suivante:10 log PG = (S/I )out (S/I )in(1)Un systme ayant un PG de 100 (et en labsence de toute perte rsultant du traitement non idal dun signal) etun rapport S/I de sortie dau moins 10 dB, il faut que le rapport S/I lentre soit dau moins:(S/I )in= 10 dB 10 log 100 = 10 dBUn sys

17、tme ES linaire capable de fonctionner avec un rapport S/I de 10 dB lentre est extrmementintressant car il peut encore tre utilis mme avec un signal brouilleur de 10 dB suprieur celui du signal utile. Pourdes systmes de type classique ayant un rapport S/I lentre de 10 dB, le signal utile serait suppr

18、im ou capt,linformation transmise tant nulle.Une deuxime caractristique importante des techniques ES courantes est que le signal mis rsultant est unsignal de faible densit de puissance large bande, analogue au bruit. Cest pourquoi un rcepteur de type classique nepeut dceler facilement le signal mis.

19、 La reconstitution de linformation de la bande de base partir du signal dmission large bande ne peut seffectuer que par corrlation ou par traitement des signaux au moyen de filtres adapts (FA).Cette proprit fait quune personne laquelle linformation nest pas destine ne dcle pas linformation en bande

20、debase, et quen raison de la faible densit de puissance, les systmes ne causent pas de brouillage important pour les autresusagers du spectre. Les techniques ES assurent jusqu un certain point le secret des communications par rapport auxautres systmes diffrents et par rapport aux systmes ES utilisan

21、t des codes diffrents, sans ncessiter un traitementparticulier du signal. Le codage offre galement une possibilit dadressage slectif. Les usagers multiples utilisant descodes diffrents (accs multiple par rpartition en code) peuvent mettre simultanment dans la mme bande defrquences avec un minimum de

22、 brouillage rciproque (les codes utiliss doivent pour cela avoir une faible fonction decorrlation).Les techniques ES prsentent un troisime avantage par rapport aux techniques dtalement classique, savoirune fiabilit accrue des transmissions en prsence dvanouissements slectifs et en cas de propagation

23、 par trajetsmultiples. Cet avantage peut avoir une importance particulire lorsquon utilise des supports de transmission de typeclassique sujets aux vanouissements, par exemple des systmes diffusion troposphrique. La moindre sensibilit lapropagation par trajets multiples dcoule directement de ltaleme

24、nt de la largeur de bande dmission. En premireapproximation, lamlioration est directement proportionnelle au rapport entre la largeur de bande dmission et la largeurde bande dinformation. Des rcepteurs quips pour dtecter les signaux ES produisent en gnral, avant ladmodulation finale, la fonction de

25、corrlation entre une rplique du signal dmission et le signal reu lantenne.On choisit toujours une fonction de corrlation optimale pour le signal utile, cest-dire que lamplitude du signal soitmaximale au centre et quelle devienne pratiquement nulle dans un temps gal la rciproque de la largeur de band

26、e dusignal mis et restant au voisinage de zro le reste du temps. La propagation par trajets multiples contribue dgrader laqualit de fonctionnement de la liaison lorsquelle sajoute au signal transmis directement de telle manire quelledtriore la fonction de corrlation du signal reu en rduisant sa vale

27、ur de crte. Linsertion de fausses crtes arriredans la fonction de corrlation due la seule propagation par trajets multiples ne constitue gnralement pas unedifficult. Le rcepteur dcle et traite la premire crte damplitude adquate, soit celle du signal direct, sil est assezfort, soit celle du premier s

28、ignal rflchi damplitude adquate si le signal direct est perturb. Dans ce dernier cas, lesignal de rythme est synchronis par rapport au retour par trajets multiples et trait la place du signal direct. Pour que lapropagation par trajets multiples ait des effets nuisibles, il faut donc quelle ait un re

29、tard diffrentiel infrieur la dureRec. UIT-R SM.1055 3de la crte de la fonction de corrlation, avec une phase engendrant un brouillage destructeur (annulation et nonamlioration) et une amplitude suffisante pour empcher la crte de dpasser les seuils de dtection. La dure de la crtede la fonction de cor

30、rlation diminue proportionnellement laugmentation de la largeur de bande dmission et il en vade mme pour le retard d la propagation diffrentielle par trajets multiples qui peut influer sur la qualit defonctionnement.2. Types de signaux talement du spectreSont dfinis ci-aprs divers types de technique

31、s dtalement du spectre et de structure du signal: Etalement du spectre squence directe (SD): technique de structuration du signal reposant sur unesquence dtalement code numrique dont le taux de rcurrence des paquets 1/Tsinest trs suprieur audbit binaire du signal porteur de linformation 1/Ts. Chaque

32、 bit dinformation du signal numrique esttransmis sous forme de squence de paquets pseudo-alatoire, ce qui produit un spectre large analogue aubruit, dune largeur de bande (espacement entre premiers zros) de 2 Bsin= 2/Tsin. Le rcepteur met encorrlation le signal dentre radiolectrique avec une copie l

33、ocale de la squence dtalement pourrcuprer les informations de donnes de bande troite un dbit 1/Ts. Etalement du spectre sauts de frquence (SF): technique de structuration du signal par commutationautomatique de la frquence mise. Le choix de la frquence mettre se fait habituellement de faonpseudo-ala

34、toire partir dun ensemble de frquences couvrant une bande plus large que la bandedinformation. Le rcepteur correspondant effectue des sauts de frquence en synchronisme aveclmetteur afin dextraire linformation utile. Etalement du spectre hybride: combinaison des techniques de saut de frquence et de s

35、quence directe. Taux de rcurrence des paquets: auquel sont appliqus des bits successifs de la squence dtalement linformation contenue dans le signal.Il existe deux autres types de modulation utiliss dans les techniques dtalement du spectre. Le premier faitappel une modulation de frquence pulse, la p

36、orteuse faisant lobjet dun balayage sur une bande de frquencesdtermine. Les systmes radar, notamment, peuvent utiliser une vitesse de balayage lie au temps par une fonctionlinaire. Le second type repose sur une porteuse non sinusodale qui amliore le gain de traitement du signal. Ces deuxtypes de mod

37、ulation ne sont pas tudis dans lexpos qui suit.3. Systmes SD et SF et rapport signal/bruit (S/N)Le S/N dun systme ES SD concerne le bruit du systme de rception et le bruit externe caractristiquesgaussiennes. Dans ce cas, on a:PG = (S/N )out (S/N )in= 2 BsinTs(2)o:PG : gain de traitement du systme(S/

38、N)out: rapport signal/bruit la sortie ( la sortie du dispositif de corrlation)(S/N)in: rapport signal/bruit lentre ( lentre radiofrquence)2 Bsin: largeur de bande du spectre de densit de puissance du signal dentre aux premiers zrosTs: dure de linformation du signal dentre.Le gain de traitement, tel

39、que donn par lquation (2), est considr comme le paramtre le plus important dunsystme ES.La crte de la fonction dautocorrlation du signal de dbit de codes a, pour u = 0, une dure de lordre de1/Bsin= Tsin. Ainsi, le rapport entre la dure de linformation du signal Tset la rponse principale en crte est

40、donn parTs/Tsin. Par consquent, le cas o BsinTspermet un effet de compression dimpulsion par lequel lnergie du signal duneimpulsion relativement longue (dure Ts) est comprime en une courte impulsion de niveau lev (dure Tsin ). Il enrsulte une forte probabilit de dtection dans le rcepteur destinatair

41、e sans perte en rsolution temporelle.4 Rec. UIT-R SM.1055On peut obtenir les mmes rsultats dans le domaine temporel en prenant la transforme de Fourier inverse desfonctions respectives et en utilisant des oprations quivalentes dans le temps.Le systme SF consiste essentiellement en un filtre bande tr

42、oite adapt la largeur de bande dinformationavec dcalage de frquence pseudo-alatoire lintrieur de la bande ES. Cest pourquoi le niveau du bruit la sortie dusystme dpend de la largeur de bande du filtre bande troite. Si lon analyse le bruit ou un signal brouilleur non dsirqui occupe toute la largeur d

43、e bande de sauts de frquence, on obtient une diminution de la puissance du signal nondsir de sortie gale au rapport entre les largeurs de bande. Dans ce cas, le PG est gal :PG = BSF Bs(3)o:BSF: largeur de bande SFBs: largeur de bande de linformation utile.Si le systme SF utilise la mme largeur de ba

44、nde RF que le systme SD aux premiers zros et transmet lemme dbit dinformation, BSFet Bsdans lquation (3), sont respectivement gaux 2 Bsinet 1/Tsdans lquation (2),en sorte que le gain de traitement dans les deux systmes est identique si lon ne tient pas compte des effets du deuximeordre. Relevons que

45、 cela nest vrai que dans le cas de ltalement dun bruit ou dun signal non dsir sur une grandelargeur de bande et non pour un signal bande troite. La sensibilit du systme SF ne comprend pas lamlioration parle gain PG du systme squence directe; elle est simplement proportionnelle la temprature de bruit

46、 du systme et lalargeur de bande dinformation.4. Analyse du rapport signal/brouillageOn trouvera ci-aprs lanalyse S/I des systmes ES SD et SF.Quand la largeur de bande du signal brouilleur lentre (Blin) est trs infrieure la largeur de bande du signalutile lentre (Bsin ), on obtient le gain PG en fon

47、ction du dsaccord de frquence ():()S/I out ()S/I in = 2 TsBsinBlinsin /2 Bsin / 2 Bsin2 Bsin(4)formule dans laquelle:Blin: largeur de bande lentre du signal brouilleur RF, tous les autres termes tant dfinis comme danslquation (2) : diffrence de frquence (rad) entre la porteuse du signal utile et du signal brouilleur.Llimination du brouillage bande troite par les rcepteurs SD peut tre considre comme un proce