Handbuch Der Spread-Spectrum Technik

ISBN-13: 9783709174135 / Niemiecki / Miękka / 2011 / 714 str.

Alois M. J. Goiser

Opis

Durch das vielfaltige Angebot an nachrichtentechnischen Diensten werden die Ressourcen knapp und die gegenseitige Beeinflussung nimmt zu. Ein Ubertragungsverfahren, das ausgezeichnet mit diesen geanderten Verhaltnissen zurechtkommt, ist die Spread-Spectrum Technik, ein storungstolerantes Modulationsverfahren. Sie ist in gestorter Umgebung, wo konventionelle Ubertragungssysteme keine akzeptable Bitfehlerrate mehr erreichen, wirkungsvoll einsetzbar. Da die Spread-Spectrum Technik die kommerzielle Nachrichtentechnik erobert, ist es notwendig geworden, sie unter diesem Aspekt zu prufen und darzustellen. Damit wird der Kreis von einigen Spezialisten auf jeden technisch Interessierten erweitert."

Recenzje

"... ein solides Fundament für den Experten." Net, 11/1998

Spis treści

S Liste der verwendeten Symbole und Abkürzungen.- E Einleitung.- E.1 Motivation.- E.2 Spread-Spectrum Prinzip.- E.3 Grundstruktur des Spread-Spectrum Systems.- E.4 Modulationsebenen.- E.4.1 Modulation in der Datenebene.- E.4.2 Modulation in der Chipebene.- E.5 Bitfehlerraten konventioneller digitaler Modulationsverfahren.- 1 Korrelationsempfänger.- 1.1 Optimale Empfängerstruktur für Direct-Sequence Signale in AWGN.- 1.1.1 Demodulation mit Korrelator.- 1.1.2 Datenentscheidung.- 1.1.3 Demodulation mit Matched-Filter.- 1.1.4 Eigenschaften des Matched-Filters.- 1.1.5 Darstellung des Matched-Filters im Frequenzbereich.- 1.2 Zusammenfassung.- 2 Signale.- 2.1 Ideales Spread-Spectrum Signal.- 2.2 Reale Spread-Spectrum Signale.- 2.2.1 Direct-Sequence Signal.- 2.2.2 Modellierung des Direct-Sequence Signals als Zufallsproze?.- 2.2.2.1 Auswirkungen der Chipform auf die Korrelation.- 2.2.3 Frequenzsprungsignal.- 2.3 Störsignale.- 2.3.1 Additives Wei?es Gau?sches Rauschen.- 2.3.1.1 Zufallsvariable.- 2.3.1.2 Amplitudendichte.- 2.3.1.3 Amplitudenverteilung.- 2.3.1.4 Erwartungswerte.- 2.3.1.5 Charakteristische Funktion.- 2.3.1.6 Mittlere Leistung.- 2.3.2 Sinussignal.- 2.3.2.1 Zufallsvariable.- 2.3.2.2 Amplitudendichte.- 2.3.2.3 Amplitudenverteilung.- 2.3.2.4 Charakteristische Funktion.- 2.3.2.5 Erwartungswerte.- 2.3.2.6 Mittlere Leistung.- 3 Spread-Spectrum Techniken.- 3.1 Direct-Sequence Spread-Spectrum Übertragung.- 3.1.1 Einteilung der Direct-Sequence Übertragung.- 3.1.2 Bipolare Direct-Sequence Spread-Spectrum Übertragung.- 3.1.3 Orthogonale Direct-Sequence Spread-Spectrum Übertragung.- 3.1.4 Modellierung and Analyse von Direct-Sequence Spread-Spectrum Systemen.- 3.1.5 Darstellung der Synchronisation.- 3.1.6 Leistungsanalyse.- 3.1.6.1 Berechnung der bedingten Bitfehlerrate für unbekannte Störstatistik.- 3.1.6.2 Berechnung der bedingten Bitfehlerrate für Gau?sche Annahme der Störstatistik.- 3.1.6.3 Berechnung der Bitfehlerrate, wenn das Störsignal und das Direct-Sequence Signal als stationäre Zufallsprozesse modelliert warden.- 3.1.6.4 Berechnung der Bitfehlerrate für bekannte Störstatistik.- 3.1.6.5 Sinusstörung.- 3.1.6.6 Permanente AWGN-Störung.- 3.1.6.7 Gepulste Störung.- 3.1.6.8 Langsame nicht frequenzselektive Schwundkanäle.- 3.1.7 Abschlie?ende Bemerkungen zur Berechnung der Bitfehlerrate.- 3.1.8 Schwierige Entdeckbarkeit der Direct-Sequence Übertragung.- 3.1.9 Selbststörung and Mehrwegeunterdrückung.- 3.1.10 Mehrbenutzerstörung.- 3.1.11 Near-Far Problem.- 3.1.12 Hochgenaue Entfernungsbestimmung.- 3.2 Frequenzsprung Spread-Spectrum Übertragung.- 3.2.1 Langsames Frequenzsprungverfahren.- 3.2.2 Schnelles Frequenzsprungverfahren.- 3.2.3 Proze?gewinn.- 3.2.4 Leistungsanalyse.- 3.2.4.1 Teilband AWGN-Störung.- 3.3 Zeitsprung Spread-Spectrum Übertragung.- 3.4 Globale Betrachtung des Proze?gewinns.- 4 Erzeugung und Beurteilung der Spread-Spectrum Impulse.- 4.1 Beurteilungskriterien für binäre Folgen.- 4.1.1 Beurteilung einer einzelnen binären Folge.- 4.1.1.1 Periodische Korrelationsfunktion einer binären Folge.- 4.1.1.2 Aperiodische Korrelationsfunktion.- 4.1.2 Beurteilung einer Familie von binären Folgen.- 4.1.2.1 Korrelation.- 4.2 Folgen maximaler Länge.- 4.3 Zusammengesetzte Folgen.- 4.3.1 JPL-Folgen.- 4.3.2 Gold-Folgen.- 4.4 Kasami-Folgen.- 4.5 Chaotische Folgen.- 5 Theoretische Grundlagen der Spread-Spectrum Codefolgen.- 5.1 Teilbarkeit.- 5.1.1 Gro?ter gemeinsamer Teiler.- 5.1.2 Kleinstes gemeinsames Vielfaches.- 5.2 Primzahlen.- 5.2.1 Anzahl der Primzahlen.- 5.2.2 Auffinden von Primzahlen.- 5.2.2.1 Methode von Eratosthenes von Kyrene.- 5.2.2.2 Das Chinesische Fehlerkriterium.- 5.2.2.3 Primzahlprodukt.- 5.2.2.4 Satz von Dirichlet.- 5.2.2.5 Mersennesche Primzahlen.- 5.2.2.6 Fermatsche Primzahlen.- 5.3 Kongruenzen.- 5.3.1 Restklassen modulo m.- 5.3.2 Eulersche Funktion und prime Restklassen modulo m.- 5.3.2.1 Die Eulersche Funktion.- 5.3.2.2 Prime Restklassen modulo m.- 5.4 Galoissche Theorie endlicher Körper.- 5.4.1 Einführung in die Gruppentheorie.- 5.4.1.1 Endliche Gruppe.- 5.4.1.2 Zyklische Gruppe.- 5.4.1.3 Abelsche Gruppe.- 5.4.1.4 Restklassenkörper Rp modulo p.- 5.4.2 Grundlagen der Theorie des Körpers.- 5.4.3 Restklassenkörper Rp.- 5.5 Galoisscher Körper.- 5.6 Polynome über einem Ring oder einem Körper.- 5.7 Teilbarkeitseigenschaften von Polynomen.- 5.8 Irreduzible Polynome.- 5.9 Kongruenzen im Polynombereich.- 5.9.1 Ganzzahlige Polynome modulo p.- 5.9.2 Irreduzibilität modulo pk.- 5.9.3 Restklassenring modulo h(x) und Restklassenkörper modulo ?E [x].- 5.10 Erweiterter Galoisscher Körper.- 5.10.1 Die multiplikative Gruppe eines Galoisfeldes.- 5.10.2 Die Ordnung von Polynomen and primitive Polynome.- 5.11 Galoisfolgen.- 5.11.1 Differenzmengenfolgen.- 5.11.2 Legendre-Folgen.- 5.11.3 Pseudozufallsfolgen.- 5.11.3.1 Erzeugung von Pseudozufallsfolgen mit Schieberegistergeneratoren.- 5.11.3.1.1 Struktur von Schieberegistergeneratoren.- 5.11.3.1.2 Notwendige Bedingungen für maximale Periode.- 5.11.3.2 Einführung der D-Transformierten.- 5.11.3.3 Erzeugung spezieller Phasenverschiebungen von m-Folgen.- 5.11.3.4 Eigenschaften von binaren m-Folgen.- 5.11.3.4.1 E0: Folgenlänge einer binären m-Folge.- 5.11.3.4.2 E1: Balance der Folgenelemente einer biäaren m-Folge.- 5.11.3.4.3 E2: Zyklische Verschiebung von binären m-Folgen.- 5.11.3.4.4 E3: Verschiebe- und Additionseigenschaft einer m-Folge.- 5.11.3.4.5 E4: Runbalance einer m-Folge.- 5.11.3.4.6 E5: Die PAKF von binären bipolaren m-Folgen.- 5.11.4 Eigenschaften von p-nären m-Folgen.- 5.11.4.1 Folgenlänge einer p-nären m-Folge.- 5.11.4.2 Balance der Folgenelemente einer p-nären m-Folge.- 5.11.4.3 Zyklische Verschiebung von p-nären m-Folgen.- 5.11.4.4 Verschiebe- and Additionseigenschaft einer p-nären m-Folge.- 5.11.4.5 Runbalance einer p-nären m-Folge.- 5.11.4.6 Die PAKF von p-nären m-Folgen.- 5.11.5 Abbildungen p-närer m-Folgen in Folgen mit zweiwertiger PAKF.- 5.11.5.1 Dreiwertige, perfekte Folgen.- 5.11.5.2 Inköharente Binärfolgen.- 5.11.5.3 Ipatov-Folgen.- 5.11.6 m-Folgen in erweiterten Galoisfeldern GF (pm).- 5.12 Folgen mit guten PAKF-Eigenschaften.- 5.12.1 Binärfolgen mit guter PAKF.- 5.12.1.1 Perfekte PAKF — Barker-Folgen.- 5.12.1.2 Quasi Perfekte PAKF — m-Folgen.- 5.12.1.3 Folgen mit zweiwertiger PAKF.- 5.12.1.4 Folgen mit dreiwertiger PAKF und gutem Merit-Faktor.- 5.12.2 Perfekte Binär- und Ternärfolgen hoher Energieeffizienz.- 5.12.2.1 Asymmetrische Binärfolgen.- 5.12.2.2 Ternärfolgen.- 5.12.2.3 Perfekte Produktfolgen.- 5.13 Komplexwertige Korrelationsfolgen.- 5.13.1 Uniforme p-phasige m-Folgen mit zweiwertiger PAKF.- 5.14 Familien periodischer Korrelationsfolgen.- 5.14.1 Perfekte Familien.- 5.14.2 Schranken der Korrelationsgüte.- 5.14.3 Familien binärer m-Folgen.- 5.14.3.1 Kreuzkorrelationseigenschaften binärer m-Folgen.- 5.14.3.2 Carter Theorem und Gold-Folgen Familien.- 5.14.3.3 Familien von Kasami-Folgen.- 6 Spread-Spectrum Synchronisation.- 6.1 Grobsynchronisation.- 6.1.1 Paralleles Suchverfahren.- 6.1.2 Serielle Suchverfahren.- 6.2 Serielles Suchen in gerader Linie.- 6.3 RASE — Rapid Acquisition by Sequential Estimation.- 6.4 Feinsynchronisation.- 6.4.1 Nichtkohärente Delay Locked Loop.- 6.4.2 Tau-Dither Loop.- 6.4.3 Synchronisation mit Matched-Filter.- 7 Entwurf von Spread-Spectrum Verbindungen.- 7.1 Direct-Sequence Spread-Spectrum Übertragung.- 8 Spread-Spectrum Codemultiplex.- 8.1 Modell der DS/CDMA-Übertragung im Gau?kanal.- 8.1.1 Leistungsanalyse eines DS/CDMA-Netzes (Einfaches Modell).- 8.1.2 Leistungsanalyse eines DS/CDMA-Netzes (Verbessertes Modell).- 8.1.3 Statistische Beschreibung der Mehrbenutzerstörung.- 8.2 Einfache Kapazitätsberechnung.- 8.3 Mehrwegeschwundkanal.- 8.3.1 2-Wege Rice/Rayleigh Modell.- 8.3.2 CDMA-Rice Modell.- 8.4 Bitfehlerrate im Rice- Schwundkanal.- 8.4.1 Bekämpfung der Mehrwege.- 8.5 RAKE-Empfänger.- 8.5.1 Punkt-zu-Punkt Verbindung.- 8.5.2 CDMA-Netz.- 8.6 Einzelliger DS/CDMA-Mobilfunk.- 8.6.1 Mehrwegeschwundmodell — WSSUS.- 8.6.2 Abschattung.- 8.6.3 Pfaddämpfung.- 8.6.4 Pfaddämpfung bei gleichverteilten mobilen Teilnehmern.- 8.6.5 Uplink.- 8.6.5.1 MWU-Empfänger ohne Leistungsregelung.- 8.6.5.2 MWU-Empfänger mit idealer Leistungsregelung.- 8.6.5.3 RAKE-Empfänger mit idealer Leistungsregelung und PSD-Mehrwegezusammenführung.- 8.6.5.4 RAKE-Empfänger mit idealer Leistungsregelung und PEG-Mehrwegezusammenführung.- 8.6.5.5 Fehlerkorrekturcodierung.- 8.6.6 Downlink.- 8.6.6.1 RAKE-Empfänger mit PSD-Mehrwege-zusammenführung.- 8.6.6.2 MWU-Empfänger.- 8.7 Kombination von TDMA and CDMA zum CTDMA.- 8.8 Überlagerung eines CDMA-Netzes über ein bestehendes FDMA-Netz.- 8.9 Kapazitätsvergleich zellularer Mehrbenutzersysteme.- 8.10 Erganzungen zum CDMA-Konzept.- 8.11 Verwendete Symbole.- 9 Global Positioning System.- 9.1 Historische Entwicklung und Vorgänger.- 9.2 Überblick über das GPS-System.- 9.2.1 Raumsegment.- 9.2.2 Benutzersegment.- 9.2.3 Kontrollsegment.- 9.2.4 Genauigkeit.- 9.2.5 Beobachtungsprinzip.- 9.2.5.1 Ideale Positionsbestimmung.- 9.2.5.2 Reale Positionsbestimmung.- 9.2.5.3 Laufzeitmessung.- 9.3 Signalstruktur.- 9.3.1 C/A-Code.- 9.3.2 P-Code.- 9.4 Navigationsdaten.- 9.4.1 Datenformat.- 9.4.1.1 Berechnung der GPS-Systemzeit.- 9.4.1.2 Prüfbits in den Navigationsdaten.- 9.4.1.3 Umstieg vom C/A-Code auf den P-Code.- 9.5 Neuartiger digitaler GPS-Empfänger für C/A-Signale.- 9.5.1 Unsicherheitsebene.- 9.5.2 Grobsynchronisation.- 9.5.3 Feinsynchronisation.- 9.6 Auswertealgorithmen zur Bestimmung der Navigationslösung.- 9.7 Symbole.- 10 Spread-Spectrum Übertragung über die Netzleitung.- 10.1 Übertragungskanal — Installationsleitung.- 10.1.1 Das Energieverteilungssystem and die PLC-Übertragung.- 10.1.2 Leiterwahl.- 10.1.3 Leitungsimpedanz.- 10.1.4 Dämpfung.- 10.1.5 Frequenz and Bandbreite.- 10.1.6 Störungen.- 10.2 Spektrale Kanalanpassung.- 10.3 Asynchrones digitales Übertragungskonzept.- 10.3.1 Effekte bei der Chipabtastung.- 10.4 Bitfehlerwahrscheinlichkeit.- 10.4.1 Asynchrones Digitales Matched Filter mit Schwellwertentscheidung.- 10.5 Messungen.- 11 Digitale Direct-Sequence Empfänger.- 11.1 Motivation.- 11.2 Evolution der digitalen Direct-Sequence Empfänger geringer Komplexität.- 11.3 Klassische digitale Direct-Sequence Empfänger.- 11.4 Struktur der untersuchten digitalen Direct-Sequence Empfänger.- 11.5 Signal vor der Nichtlinearität.- 11.5.1 Statistik der kombinierten Störung.- 11.5.2 Statistik für ein positives Chip.- 11.6 Stationäre Leistungsanalyse.- 11.6.1 Gau?sches Modell.- 11.6.2 Verbund-Modell.- 11.6.2.1 Amplitudenstatistik des Ausgangssignals des digitalen 1-Bit Korrelators.- 11.6.2.2 Symmetrische Amplitudenstörung ohne Datenübertragung.- 11.6.2.3 Bitfehlerrate des HL-Empfängers im AWGN-Kanal.- 12 LCD-Empfänger.- 12.1 Stationäre Analyse des adaptiven 2-Bit Analog/Digital Wandlers.- 12.1.1 Arbeitsweise in reiner CW-Störung.- 12.1.2 Konversionsgewinn.- 12.2 Empfänger mit robuster integrierter Störungsreduktion.- 12.2.1 Theoretischer Konversionsgewinn.- 12.2.2 Bestimmung der RIR-Parameter aus den theoretischen Ergebnissen.- 12.2.3 Festwertregelung mit robusten Parametern.- 12.2.4 Theoretische Leistungsanalyse des RIR-Empfängers mit Hilfe des stationären Modells.- 12.3 Empfänger mit adaptiver integrierter Störungsreduktion.- 12.3.1 Störungsreduktionsmechanismus des AIR-Empfängers.- 12.3.2 Theoretischer Konversionsgewinn.- 12.3.3 Adaptive Schwellenregelung.- 12.3.3.1 Stationäre Modelle der adaptiven Schwellenregelung.- 12.3.4 Synchronisationsverhalten der Schwellenregelung.- 12.3.5 Gewichtung: AIR-Empfänger.- 12.3.6 Spread-Spectrum Synchronisation des AIR-Empfängers.- 12.4 Leistungsanalyse der LCD-Empfänger.- 12.4.1 Vergleich zwischen Theorie and Simulation.- 12.4.2 Realitätsnahe Simulationen.- 12.5 Zusammenfassung.- A Signale.- B Mathematische Funktionen und Reihen.- C Spezielle mathematische Funktionen.- D Statistiken.- E Simulationstechniken und Nichtlinearitäten.- Literatur.