202692. lajstromszámú szabadalom • Berendezés gyors frekvenciaugratásos szórt spektrumú vevőkészülékek számára
1 HU 202692 B 2 A találmány tárgya berendezés gyors frekvenciaugratásos szórt spektrumú vevőkészülékek számára, amely előnyösen alkalmazható a jeldetektálás, demodulálás, a durva és finom kódszinkronizálás, és az automatikus erősítésszabályzás feladatainak megoldására. A rádiófrekvenciás adatátvitel területén az átviteli csatorna zavarvédettségének növelésére napjainkban a speciális felhasználási területeken már egyre gyakrabban alkalmazzák a gyors frekvencia ugratásos - gyors hopping, vagy FFH kódolási eljárást. A gyors hopping kódolási eljárás esetében az átvinni kívánt szimbólumokat külön-külön frekvenciasorozattal jellemzik. Az átvitel során alkalmazott szimbólum lehet bináris 1 vagy 0, de lehet több értékű szimbólumcsoport, például 4, 8, 16-ig terjedő szimbólumérték is, melyeket mind egy-egy különböző, időben egymás után sugárzott frekvenciasorozat jellemez. Ilyen módon a gyors hopping átvitel során nincs is szükség a hagyományos értelemben vett modulációra, mert az átvitt szimbólum azonosításához a vevőnek csak az adó által kibocsátott frekvenciák sorozatát kell azonosítania. Egy adott szimbólum továbbítási ideje alatt a frekvenciasorozat egyes diszkrét frekvenciáinak kisugárzási időtartama, az ún. chip idő. A chip idők azonos hosszúságúak és összegük egy szimbólum továbbítása alatt adja a szimbólumidőt. A vevő a chip időkből és a vett frekvenciákból egy frekvencia-idő mátrixot képez, melyek minden elrendezése egy-egy szimbólumot jelent. Minden chip időhöz csak egy frekvencia tartozhat, tehát egyszerre csak egy frekenciát sugározhat ki az adó. A vevő az ilyen módon összeállított mátrixot összehasonlítja a vevőben tárolt szimbólummátrixokkal, majd amelyikkel a vett mátrix korrelációja a legnagyobb, annak a javára történik a döntés, azt fogadja el a vevő vett szimbólumnak. A frekvencia-idő mátrix úgy van megalkotva, hogy az egyes szimbólum elrendezések még több zavaró frekvencia jelenléte esetén is egyértelműen azonosíthatók. Gyors frekvenciaugratásos elven működő rádiórendszert ismertet a Bell System Technical Journal, 1980 Vol. 29. kiadványában D. J. Goodman, P. S. Henry és V. K. Pharbu a „Frekvency-Hopped Multi level FSK for mobile Radio” című cikkben. A cikk ismerteti a többszintű FSK rendszer kódolási és dekódolási elvét és analizálja a rendszer jellemzőit a felhasználó szempontjából. Ilyen jellemzők például a rendszer sávszélességének függvényében a bit hibaarány alakulása, a csatornánkénti átviteli sebesség és az egyidejű felhasználók számától függően a bit hibaarány vizsgálata, valamint a rendszer paramétereinek vizsgálata a csatorna zaj és terjedési paramétereinek szempontjából. A cikkben tárgyalt rendszer alkalmas igen rossz jel-zaj viszonnyal jellemzett csatornán is viszonylag igen jó hibaarányú kommunikációra. A cikk elméleti számításokat és megfontolásokat tartalmaz ugyan a gyors hopping (FFH) átvitelére és vételére vonatkozóan, de gyakorlati megvalósítást, útmutatást a vevőkészülékek konstrukciójára nem ad. Szórt spektrumú vevőkészülékekben a gyors ffekvenciaugratásos (FFH) jel detektálása elvileg megvalósítható a diszkrét Fourier transzformáció (DFT) alkalmazásával is. Ilyen elven alapuló spektrumanalízist ismertet az Application of Brüel & Kjaer Equipment to Frequency Analysis c. kiadvány (1977). Az ebben ismertetett elv a hangfrekvenciás tartományban már a gyakorlatban is megvalósítható, de a találmány szerinti berendezés alkalmazási területén még az 1990- es év csúcstechnológiája sem teszi lehetővé a valós idejű diszkrét Fourier transzformáció alkalmazását az alkalmazott nagyfrekvenciás működési tartomány miatt. A találmány szerinti berendezés alkalmazási területe szerint 20 MHz-ig működő gyors Fourier analízisre lenne szükség. A gyors frekvencia ugratásos jel igen alacsony frekvenciára történő lekeverése sem adna kielégítő megoldást, mert akkor a keverő frekvencia pontossága iránti igény nő meg. Az ugrás gyorsasága ~7 ps, az alatt kell elvégezni a gyors Fourier transzformációt az összes frekvencián. Ilyen gyorsan működő berendezés megvalósítása igen nagy bonyolultságú és nagy fogyasztású hardvert igényel. A jelenlegi technológiai szinten tehát a gyors Fourier transzformációval történő valós idejű jelfeldolgozás hardver oldala bonyolult, nehezen realizálható, alkalmazhatóságát a hardver sebessége korlátozza. Ennek az elvnek az alkalmazása a gyors frekvenciaugratásos jelek dekódolására csak a későbbiekben, a megfelelő hardver-sebesség elérése esetében válható. A jelenlegi technológiai szinten a gyors frekvenciaugratásos szórt spektrumú vevőkészülékekben az FFH jel dekódolására egyik megoldásként párhuzamos elrendezésű mátrixok segítségével is lenne lehetőség. Ennek a dekódolás! elvnek megfelelően a vevőkészülékekben a bejövő jelből frekvencia-idő mátrixokat kell kitölteni, mégpedig annyit, ahány szimbólumot alkalmazunk (pl. 8, 16 vagy 32) a kommukáció során. Ezután bejövő gyors frekvenciaugratásos jelből összeállított mátrixok és az egyes lehetséges mátrixok közötti Hamming korrelációt képzik. A legnagyobb korrelációt mutató szimbólumra dönt a rendszer - mint vett szimbólumra. A megoldás hátránya, hogy az alkalmazott szimbólumok számával megegyező számú koirelátorra van szükség, bár az egyes korrelátorok feldolgozási, működési sebességével szemben nincs kritikus sebességi elvárás. Hardver szempontból a megoldás az alkalmazott szimbólumok számával megegyező, tehát 16 vagy 32 szeres kiépítést igényelne. Ez a többszörözött hardver kialakítás azonban a fizikai méretek megnagyobbodását is magával hozza, nagyobb energiaigényt, nagyobb hibalehetőséget jelent, és a rendszer megbízhatóságának csökkenésével jár. Felmerül tehát az igény egy olyan, az FFH jelek dekódolására alkalmas berendezés kialakítására szórt spektrumú vevőkészülékek számára, amely a már ismert megoldások hátrányainak kiküszöbölése meglett költséges és bonyolult részáramköröket nem tartalmaz. A találmány szerinti berendezés létrehozásával a célunk egy egyszerűen kivitelezhető, kis hardver igényű, kis energia szükséglettel rendelkező, a jelenlegi technológiai szinten is gazdaságosan megvalósítható, nagy megbízhatóságú berendezés kialakítása volt szórt spektrumú vevőkészülékek számára, amely egyben a már ismert megoldások hátrányait, hiányosságait is kiküszöböli, és az FFH jel dekódolását egyszerű módon megoldja. A találmány szerinti berendezés kidolgozása során felismertük, hogy ha a KF sávba lekevert FFH jelet 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
