Text
Principles of Spread-Spectrum Communication Systems
(1). Berfokus pada dasar dasar sistem komunikasi spread spectrum dan penggunaannya dalam aplikasi komersial seperti komunikasi seluler seluler dan satelit. (2). Termasuk set latihan di akhir setiap bab untuk menguji konsep yang diperkenalkan. (3). Meneliti Algoritma Larik Adaptif untuk Sistem Lompatan Frekuensi, Estimasi Sekuensial Sinkronisasi Urutan Penyebaran, dan Demodulasi Digital Sinyal FH / CPFSK yang Dihilangkan Sinyalnya. Vitalitas berkelanjutan dari sistem komunikasi spread-spectrum dan pengembangan metode matematika baru untuk analisisnya memberikan motivasi untuk menjalankan edisi baru buku ini. Edisi ini dimaksudkan untuk memungkinkan pembaca memahami keadaan terkini di bidang ini. Hampir dua puluh persen materi dalam edisi ini masih baru, termasuk beberapa bagian baru, bab baru tentang susunan dan filter adaptif, dan bab baru tentang jaringan akses ganda pembagian kode. Sisa materi telah direvisi secara menyeluruh, dan saya telah menghapus sejumlah besar materi yang telah digantikan oleh hasil yang lebih pasti. Buku ini memberikan pemeriksaan komprehensif dan intensif terhadap sistem komunikasi spreadspectrum yang cocok untuk mahasiswa pascasarjana, praktisi insinyur, dan peneliti dengan latar belakang yang kuat dalam teori komunikasi digital. Seperti judulnya, buku ini menekankan prinsip-prinsip daripada sistem saat ini atau yang direncanakan secara spesifik, yang dijelaskan dalam banyak buku yang kurang maju. Tujuan utama dari buku ini adalah untuk memberikan penjelasan yang ringkas namun jelas tentang dasar-dasar sistem spread-spectrum dengan penekanan pada prinsip-prinsip teoritis dan metode analisis matematis yang akan memfasilitasi penelitian di masa depan. Pilihan topik khusus untuk disertakan dipengaruhi oleh penilaian saya tentang signifikansi praktis dan minatnya bagi para peneliti dan perancang sistem. Buku ini berisi banyak turunan yang lebih baik dari teori klasik dan menyajikan hasil penelitian terbaru yang membawa pembaca ke batas lapangan. Metode analisis dan deskripsi subsistem dapat diterapkan pada berbagai macam sistem komunikasi. Masalah di akhir setiap bab dimaksudkan untuk membantu pembaca dalam mengkonsolidasikan pengetahuan mereka dan untuk memberikan praktik dalam teknik analisis. Referensi yang tercantum adalah referensi yang saya rekomendasikan untuk studi lebih lanjut dan sebagai sumber referensi tambahan. Sinyal spread-spectrum adalah sinyal dengan modulasi ekstra yang memperluas bandwidth sinyal jauh melampaui apa yang dibutuhkan oleh modulasi data berkode yang mendasarinya. Sistem komunikasi spread-spectrum berguna untuk menekan interferensi dan gangguan, membuat komunikasi yang aman sulit dideteksi dan diproses, mengurangi pemudaran dan saluran multipath, dan menyediakan kemampuan akses ganda tanpa memerlukan sinkronisasi di seluruh jaringan. Sistem spread-spectrum yang paling praktis dan dominan adalah sistem direct-sequence dan frequency-hopping. Tidak ada penghalang teoretis mendasar terhadap efektivitas komunikasi spektrum tersebar. Fakta luar biasa itu tidak segera terlihat karena peningkatan bandwidth dari sinyal spektrum tersebar mungkin memerlukan filter penerima yang melewatkan lebih banyak daya derau daripada yang diperlukan ke demodulator. Namun, ketika sinyal apa pun dan derau Gaussian putih diterapkan ke filter yang dicocokkan dengan sinyal, keluaran filter sampel memiliki rasio signal-to-noise yang hanya bergantung pada rasio kepadatan energi terhadap derau. Dengan demikian, bandwidth sinyal input tidak relevan, dan sinyal spread-spectrum tidak memiliki batasan yang melekat. Bab 1 mengulas hasil mendasar dari teori pengkodean dan modulasi yang penting untuk pemahaman penuh tentang sistem spektrum tersebar. Kode saluran, yang juga disebut kode koreksi kesalahan atau kontrol kesalahan, sangat penting dalam memanfaatkan sepenuhnya kemampuan potensial sistem spektrum tersebar. Meskipun sistem urutan langsung dapat sangat menekan interferensi, sistem praktis memerlukan kode saluran untuk menangani interferensi residual dan gangguan saluran seperti pemudaran. Sistem frequencyhopping dirancang untuk menghindari interferensi, tetapi kemungkinan melompat ke wilayah spektral yang tidak menguntungkan biasanya memerlukan kode saluran untuk mempertahankan kinerja yang memadai. Dalam bab ini, teori pengkodean dan modulasi digunakan untuk mendapatkan perhitungan penerima yang diperlukan dan probabilitas kesalahan dari bit informasi yang didekodekan. Penekanannya adalah pada jenis kode dan modulasi yang terbukti paling berguna dalam sistem spektrum tersebar. Bab 2 menyajikan dasar-dasar sistem urutan langsung. Modulasi urutan langsung memerlukan penambahan langsung urutan penyebaran laju tinggi dengan urutan data laju rendah, menghasilkan sinyal yang ditransmisikan dengan bandwidth yang relatif lebar. Penghapusan urutan penyebaran di penerima menyebabkan kontraksi bandwidth yang dapat dieksploitasi dengan penyaringan yang tepat untuk menghilangkan sebagian besar interferensi. Bab ini menjelaskan urutan penyebaran dasar dan bentuk gelombang dan memberikan analisis terperinci tentang bagaimana penerima urutan langsung menekan berbagai bentuk interferensi. Bab 3 menyajikan dasar-dasar sistem lompatan frekuensi. Lompatan frekuensi adalah perubahan periodik frekuensi pembawa dari sinyal yang ditransmisikan. Karakteristik yang berubah-ubah sepanjang waktu ini berpotensi memberikan kekuatan besar pada sistem komunikasi terhadap gangguan. Sedangkan sistem direct-sequence mengandalkan penyebaran spektral, despreading spektral, dan penyaringan untuk menekan interferensi. Mekanisme dasar penekanan interferensi dalam sistem lompatan frekuensi adalah penghindaran. Ketika penghindaran gagal, itu hanya sementara karena perubahan frekuensi pembawa secara berkala. Dampak interferensi selanjutnya dikurangi dengan penggunaan kode saluran yang meluas, yang lebih penting untuk lompatan frekuensi daripada untuk sistem urutan langsung. Dasar, aspek spektral dan kinerja, serta masalah pengkodean dan modulasi disajikan. Efek interferensi pita parsial dan gangguan diperiksa, dan masalah terpenting dalam desain penyintesis frekuensi dijelaskan. Bab 4 berfokus pada sinkronisasi. Penerima spread-spectrum harus menghasilkan urutan penyebaran atau pola lompatan frekuensi yang disinkronkan dengan urutan atau pola yang diterima; artinya, chip atau interval diam yang sesuai harus tepat atau hampir bersamaan. Setiap ketidaksejajaran menyebabkan amplitudo sinyal pada keluaran demodulator turun sesuai dengan fungsi autokorelasi atau autokorelasi parsial. Meskipun penggunaan jam presisi pada pemancar dan penerima membatasi ketidakpastian waktu pada penerima, pergeseran jam, ketidakpastian jangkauan, dan pergeseran Doppler dapat menyebabkan masalah sinkronisasi. Sinkronisasi kode, yang merupakan sinkronisasi urutan atau pola, dapat diperoleh dari sinyal pilot atau pengaturan waktu yang ditransmisikan secara terpisah. Ini dapat dibantu atau diaktifkan oleh sinyal umpan balik dari penerima ke pemancar. Namun, untuk mengurangi biaya daya dan overhead, sebagian besar penerima spektrum tersebar mencapai sinkronisasi kode dengan memproses sinyal yang diterima. Baik akuisisi, yang menyediakan sinkronisasi kasar, dan pelacakan, yang menyediakan sinkronisasi halus, dijelaskan dalam bab ini. Penekanannya adalah pada sistem akuisisi karena sistem ini hampir selalu menjadi masalah desain yang dominan dan komponen paling mahal dari sistem spektrum sebaran yang lengkap. Filter adaptif dan array adaptif memiliki banyak aplikasi sebagai komponen sistem komunikasi. Bab 5 berfokus pada filter adaptif dan susunan adaptif yang dapat digunakan untuk mengeksploitasi karakteristik spektral khusus dari sinyal spektrum tersebar untuk memungkinkan penekanan interferensi di luar yang melekat pada despreading atau dehopping. Filter adaptif untuk penolakan interferensi pita sempit atau terutama untuk penolakan interferensi pita lebar disajikan. Array adaptif untuk sistem urutan langsung dan sistem lompatan frekuensi dijelaskan dan terbukti berpotensi memberikan tingkat penekanan interferensi yang sangat tinggi. Bab 6 memberikan gambaran umum tentang aspek terpenting dari pemudaran dan peran metode keragaman dalam menangkalnya. Fading adalah variasi dalam kekuatan sinyal yang diterima karena saluran komunikasi yang bervariasi waktu yang disebabkan oleh interaksi komponen multipath dari sinyal yang ditransmisikan yang dihasilkan dan diubah dengan mengubah karakteristik fisik media propagasi. Cara utama untuk menangkal pemudaran adalah metode keragaman, yang didasarkan pada eksploitasi redundansi laten dalam dua atau lebih salinan pemudaran independen dari sinyal yang sama. Demodulator rake, yang sangat penting dalam sebagian besar sistem urutan langsung, terbukti mampu mengeksploitasi sinyal multipath yang tidak diinginkan daripada hanya mencoba menolaknya. Sistem urutan langsung multicarrier terbukti menjadi metode alternatif yang layak untuk mengeksploitasi sinyal multipath. Akses berganda adalah kemampuan banyak pengguna untuk berkomunikasi satu sama lain sambil berbagi media transmisi yang sama. Komunikasi multi-akses nirkabel difasilitasi jika sinyal yang ditransmisikan bersifat ortogonal atau dapat dipisahkan dalam beberapa hal. Sinyal dapat dipisahkan dalam waktu (time-division multiple access atau TDMA), frekuensi (frequency-division multiple access atau FDMA), atau kode (code-division multiple access atau CDMA). Bab 7 menyajikan karakteristik umum dari urutan penyebaran dan pola lompatan frekuensi yang sesuai untuk sistem CDMA, yang terdiri dari sistem direct-sequence CDMA (DS-CDMA) dan frequency-hopping CDMA (FH-CDMA). Penggunaan modulasi spread-spectrum dalam CDMA memungkinkan transmisi sinyal secara simultan dari banyak pengguna dalam pita frekuensi yang sama. Semua sinyal menggunakan seluruh spektrum yang dialokasikan, tetapi urutan penyebaran atau pola lompatan frekuensi berbeda. Teori informasi menunjukkan bahwa dalam sel yang terisolasi, sistem CDMA mencapai efisiensi spektral yang sama dengan sistem TDMA atau FDMA hanya jika deteksi multi-pengguna yang optimal digunakan. Namun, bahkan dengan deteksi pengguna tunggal, CDMA memiliki keunggulan untuk jaringan komunikasi seluler karena menghilangkan kebutuhan akan koordinasi frekuensi dan slot waktu, memungkinkan penggunaan kembali frekuensi pembawa di sel yang berdekatan, tidak memaksakan batas atas yang tajam pada jumlah pengguna, dan memberikan ketahanan terhadap gangguan dan intersepsi. Detektor multiguna, yang memiliki potensi kegunaan yang besar tetapi penuh dengan kesulitan praktis, dijelaskan dan dinilai. Dampak interferensi multi-akses dalam ad hoc seluler dan jaringan seluler dengan sistem DS-CDMA dan FH-CDMA dianalisis dalam Bab. 8. Fenomena dan isu yang menjadi menonjol dalam jaringan seluler yang menggunakan spread spectrum antara lain zona eksklusi, zona penjaga, kontrol daya, kontrol laju, kebijakan jaringan, sektorisasi, dan pemilihan berbagai parameter spread-spectrum. Probabilitas pemadaman, yang merupakan metrik kinerja jaringan dasar, diturunkan untuk jaringan ad hoc dan seluler serta sistem DS-CDMA dan FH-CDMA. Metode akuisisi dan sinkronisasi yang diperlukan dalam jaringan DS-CDMA seluler ditangani. Bab 9 membahas peran estimasi saluran berulang dalam desain sistem spektrum sebaran tingkat lanjut. Estimasi parameter saluran, seperti amplitudo pemudaran dan kerapatan spektral daya dari interferensi dan derau, sangat penting untuk penggunaan dekode soft-decision yang efektif. Estimasi saluran dapat diimplementasikan dengan transmisi sinyal pilot yang diproses oleh penerima, tetapi sinyal pilot memerlukan biaya overhead, seperti hilangnya throughput data. Menurunkan perkiraan saluran kemungkinan maksimum langsung dari simbol data yang diterima seringkali sangat sulit. Ada alternatif yang efektif ketika kode pemeriksaan paritas turbo atau kepadatan rendah digunakan. Algoritma ekspektasi-maksimalisasi, yang diturunkan dan dijelaskan, memberikan solusi perkiraan berulang untuk persamaan probabilitas maksimum dan secara inheren kompatibel dengan demodulasi dan penguraian kode berulang. Dua contoh sistem spread-spectrum canggih yang menerapkan estimasi saluran berulang, demodulasi, dan decoding dijelaskan dan dianalisis dalam bab ini. Sistem ini memberikan ilustrasi yang baik tentang perhitungan yang diperlukan dalam desain sistem lanjutan. Kemampuan untuk mendeteksi keberadaan sinyal spektrum tersebar sering kali dibutuhkan oleh radio kognitif, pita ultra lebar, dan sistem militer. Bab 10 menyajikan analisis pendeteksian sinyal spread-spectrum ketika urutan penyebaran atau pola lompatan frekuensi tidak diketahui dan tidak dapat diperkirakan secara akurat oleh detektor. Dengan demikian, detektor tidak dapat meniru penerima yang dituju, dan prosedur alternatif diperlukan. Tujuannya terbatas karena hanya deteksi yang dicari, bukan demodulasi atau penguraian kode. Namun demikian, teori deteksi mengarah pada perangkat yang tidak praktis untuk mendeteksi sinyal spektrum tersebar. Prosedur alternatif adalah dengan menggunakan radiometer atau detektor energi, yang hanya mengandalkan pengukuran energi untuk menentukan keberadaan sinyal yang tidak diketahui. Radiometer memiliki aplikasi tidak hanya sebagai pendeteksi sinyal spektrum tersebar, tetapi juga sebagai metode penginderaan dalam sistem radio kognitif dan pita ultra lebar. Empat Lampiran berisi rincian matematis tentang proses Gaussian dan teorema batas pusat, fungsi khusus, karakteristik sinyal, dan distribusi probabilitas dasar. Dalam menulis buku ini, saya sangat bergantung pada catatan dan dokumen yang disiapkan serta perspektif yang diperoleh selama bekerja di US Army Research Laboratory. Saya berterima kasih kepada rekan-rekan saya Matthew Valenti, Hyuck Kwon, dan Yingtao Niu atas ulasan tajam dan luar biasa mereka terhadap bab-bab terpilih dari naskah aslinya. Saya berterima kasih kepada istri saya, Nancy, yang tidak hanya memberi saya dukungan tak tergoyahkan seperti biasanya, tetapi juga bantuan editorial yang ekstensif.
No copy data
No other version available