14
GPS signali i način njihovog formiranja GPS je kompleksan sistem koji se sastoji od svemirskog, kontrolnog i korisničkog dela. Globalni pozicioni sistem je zasnovan na principu određivanja rastojanja od satelita sa poznatom pozicijom do tačaka sa nepoznatom pozicijom na kopnu, moru, u vazduhu ili u svemiru. U stvari, satelitski signal je kontinualno označen svojim (sopstvenim) vremenom emisije, tako da kada se on primi, može se sinhronizovanim prijemnikom izmeriti vreme za koje je signal prešao put od satelita do prijemnika. Zbog toga, treba rešiti tri osnovna problema: 1. odrediti razliku između pokazivanja časovnika prijemnika (koji je kod korisnika) i časovnika na satelitu; 2. izmeriti vreme sa vrlo visokom tačnošću (greška od 0.1 μs odgovara greški u merenju razdaljine od c× t = 3× 10 8 × 0.1× 10 -6 = 30 m); 3. obavestiti korisnika o tačnom vremenu satelitske transmisije signala. Da bi ovo bilo postignuto potrebno je formirati na satelitu signale određenih karakteristika. 1. Struktura GPS signala U svakom GPS satelitu se nalaze po četiri oscilatora (atomski časovnici), od kojih je jedan glavni – master clock (rubidijumski), i taj operativni časovnik radi (osciluje) na osnovnoj frekvenciji od 10,23 MHZ koja se naziva fundamentalna frekvencija – fo. Međutim, zbog specifičnosti kretanja satelita, tj. uslova u kojima se kreću, kao i zbog velike brzine kretanja satelita (oko 4 km/s), na rad oscilatora utiču određeni relativistički efekti, što za posledicu ima to da na Zemlju signal stiže sa kašnjenjem. Postoje dva efekta: specijalni i generalni. Prvi je posledica različitog kretanja časovnika u satelitu i onog na Zemlji (Doplerov efekat) , a drugi kao posledica različitosti gravitacione sile Zemlje na časovnike u satelitu i časovniku na Zemlji. Promena frekvencije koju registruje prijemnik usled ovog Doplerovg efekta je najveća u slučaju kada se i satelit i prijemnik kreću svojim najvećim brzinama i iznosi 10kHz. U slučaju stacionarnog prijemnika na Zemlji ova promena frekvencije (Doplerov pomeraj) iznosi do 5KHz. Relativistički efekti usled različitog gravitacionog ubrzanja se mogu zanemariti kod primene relativnih metoda pozicioniranja. Elektromagnetni talas, generisan u časovniku satelita, pre odašiljanja ka površini Zemlje, prolazi kroz multiplikator u kome se osnovna frekvencija fo množi sa konstantama 154, 120 i 115 čime se dobijaju tri noseća talasa L1, L2 i L5 respektivno, frekvencija f 1 = 1,57542 GHz, f 2 = 1,22760 GHz i f 5 = 1,17645 GHz i što odgovara talasnm dužinama cm 19 1 , cm 24 2 i cm λ 5 , 25 3 . Ovi signali pripadaju takozvanom L-psegu. Po frekvencijskom GPS planu, signali L-opsega će biti unutar tri opsega od po 20.46 MHz centriranih oko L1, L2 i L5 frekvencija. Koriste se tri frekvencije (L1, L2 i L5) iz dva razloga: kompenzacija jonosferskog kašnjenja i otpornosti na ometanje korišćenjem dva koda proširenog spektra (spread spectrum), što će u daljem tekstu biti objašnjeno.

GPS signali i način njihovog formiranjaweb.grf.bg.ac.rs/p/learning/formiranje_gps_signala_1422028275780.pdf · Stoga, svakih 6 sekundi, predajnik satelita emituje vreme koje je prošlo

Embed Size (px)

Citation preview

GPS signali i način njihovog formiranja GPS je kompleksan sistem koji se sastoji od svemirskog, kontrolnog i korisničkog dela.

Globalni pozicioni sistem je zasnovan na principu određivanja rastojanja od satelita sa poznatom pozicijom do tačaka sa nepoznatom pozicijom na kopnu, moru, u vazduhu ili u svemiru. U stvari, satelitski signal je kontinualno označen svojim (sopstvenim) vremenom emisije, tako da kada se on primi, može se sinhronizovanim prijemnikom izmeriti vreme za koje je signal prešao put od satelita do prijemnika.

Zbog toga, treba rešiti tri osnovna problema:

1. odrediti razliku između pokazivanja časovnika prijemnika (koji je kod korisnika) i časovnika na satelitu;

2. izmeriti vreme sa vrlo visokom tačnošću (greška od 0.1 µs odgovara greški u merenju razdaljine od c× t = 3× 108 × 0.1× 10-6 = 30 m);

3. obavestiti korisnika o tačnom vremenu satelitske transmisije signala.

Da bi ovo bilo postignuto potrebno je formirati na satelitu signale određenih karakteristika. 1. Struktura GPS signala

U svakom GPS satelitu se nalaze po četiri oscilatora (atomski časovnici), od kojih je jedan glavni – master clock (rubidijumski), i taj operativni časovnik radi (osciluje) na osnovnoj frekvenciji od 10,23 MHZ koja se naziva fundamentalna frekvencija – fo.

Međutim, zbog specifičnosti kretanja satelita, tj. uslova u kojima se kreću, kao i zbog velike brzine kretanja satelita (oko 4 km/s), na rad oscilatora utiču određeni relativistički efekti, što za posledicu ima to da na Zemlju signal stiže sa kašnjenjem. Postoje dva efekta: specijalni i generalni. Prvi je posledica različitog kretanja časovnika u satelitu i onog na Zemlji (Doplerov efekat) , a drugi kao posledica različitosti gravitacione sile Zemlje na časovnike u satelitu i časovniku na Zemlji.

Promena frekvencije koju registruje prijemnik usled ovog Doplerovg efekta je najveća u slučaju kada se i satelit i prijemnik kreću svojim najvećim brzinama i iznosi 10kHz. U slučaju stacionarnog prijemnika na Zemlji ova promena frekvencije (Doplerov pomeraj) iznosi do 5KHz.

Relativistički efekti usled različitog gravitacionog ubrzanja se mogu zanemariti kod primene relativnih metoda pozicioniranja.

Elektromagnetni talas, generisan u časovniku satelita, pre odašiljanja ka površini Zemlje, prolazi kroz multiplikator u kome se osnovna frekvencija fo množi sa konstantama 154, 120 i 115 čime se dobijaju tri noseća talasa L1, L2 i L5 respektivno, frekvencija f1= 1,57542 GHz, f2= 1,22760 GHz i f5= 1,17645 GHz i što odgovara talasnm dužinama cm191 , cm242 i

cmλ 5,253 . Ovi signali pripadaju takozvanom L-psegu. Po frekvencijskom GPS planu, signali L-opsega će biti unutar tri opsega od po 20.46

MHz centriranih oko L1, L2 i L5 frekvencija. Koriste se tri frekvencije (L1, L2 i L5) iz dva razloga: kompenzacija jonosferskog kašnjenja i otpornosti na ometanje korišćenjem dva koda proširenog spektra (spread spectrum), što će u daljem tekstu biti objašnjeno.

Časovnik u satelitu generiše običan sinusni talas koji, sa aspekta satelitske geodezije, ne sadrži nikakvu informaciju. Opšti izraz za noseći nemodulisani signal je signale je

Lit=aicosωit, (1)

gde je ai amplituda nosećeg signala a i njegova kružna frekvencija .

Ovaj signal je potrebno propustiti kroz modulator u kome se u taj osnovni sinusni signal utiskuju kodovi za merenje vremena putovanja signala, i binarna poruka sa informacijama o putanji satelita i časovniku satelita. Kodovi i poruka se sastoje od binarnih sekvenci (beat-sequence), tj. od povorki četvrtastih signala koji imaju dve vrednosti amplitude signala od kojih jedna odgovara binarnoj jedinici, a druga binarnoj 0.Ovi signali čine binarni sistem, koji sadrži određenu informaciju) i ima vrednosti amplitude (napona) najčešće 1 , zbog lakše obrade signala. Da bi se ovo izvršilo primenjuje se digitalna fazna modulacija (PSK) .

U noseće talase, modulacijom se utiskuju pseudoslučajni kodovi (pseudorandom noice – PRN) i navigaciona poruka. Dakle GPS satelit emituje elaktromagnetni talas koji se sastoji od tri komponente:

1. nosećeg talasa, 2. pseudoslučajnog koda,

3. navigacione poruke.

Frekvencija navigacione poruke je 50Hz, tj. trajanje jednog bita navigacione poruke

iznosi 20 ms. Na slici su prikazana ova tri segmenta GPS signala , tj. noseći (carrier) obeležen na slici kao f(t), pseudoslučajni kod (C(t) na slici) i navigacina poruka tj. Data (D(t) signal na slici.

Slika.1 Komponente signala koji se emituje sa satelita

a)Pseudoslučajni kodovi (PRN kodovi) Pseudo slučajni kodovi su u opštem slučaju periodični kodovi , koji imaju neki period

ponavljanja L, tj. ako je v(n) n-ti član niza onda je v(n+L)=v(n). Oni se sastoje od jedinica i nula i njihova srednja vrednost u okviru jednog perioda je

LLiv

Lnv

L

i 21)(1)(

1

(2)

za razliku od pravog slučajnog niza jednica i nula čija srednja vrednost iznosi 1/2.

Autokorelaciona funkcija koda se može predstaviti preko srednje vrednosti proizvoda članova koda v(n)v(n+k), i ona je jednaka

2LL,0,k za v(n)

21

2LL,0,k za v(n))()(

knvnv (3)

Na slici 2 je predstavljena autokorelacion funkcija pseudo slučajng niza koji se ponavlja

posle perioda od L=23-1=7 bitova i slučajnog niza . Uočava se da atokorelaciona funkcija ima maksimalnu vrednost kada se dva ista psudoslučajna koda poklapaju i množe tj. kada je k=0, a ako je razlika manja od vremena jednog bita (čipa) autokolrelaciona funkcija ima trougaonu zavisnost. Ako je kašnjenje izmedju dva ista pseudoslučajna koda veće od jednog bita tada je autokorelaciona funkcija minimalna .

Pseudoslučajni kodovi se generišu pomoću kola koja se sastoje od pomeračkog registra (shift registra) i sabirača po modulu dva.

Pomerački registri su privremene memorije koje se sastoje iz serijski povezanih flip- flopova, čiji se sadržaji u svakom taktu pomeraju za jedno mesto. Registar ima onoliko fliplopova koliko podatak ima bitova. Upisivanje i očitavanje podataka se vrši serijski. Ako podaci idu sa izlaza ponovo na ulaz dobija se poseban tip registra, kružni registar.

k

)()( knvnv

0 2 7

0,1

0,8 pseudoslučajni slučajni

Slika 2. Autokorelaciona funkcija peudoslučajnog i slučajnog niza

Sabirači po modulu dva vrše operaciju logičkog sabiranja koja se obeležava kao xy i koje je definisano sledećom tabelom, tj. oni predstavljaju EX-ILI logičko kolo.

Tabela 1. Logička tablica sabirača po modulu 2

x y xy

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 0

Pseudoslučajni kodovi (PRN – kodovi) nazivaju se pseudoslučajnim zbog velike dužine binarnog niza (tj. deluju kao slučajno odabrani nizovi). Za merenje vremena putanje satelita najčešće se primenjuju dva koda, tzv. C/A (Coarce / acquisition ili clear / acces – javni, poznat) kod ili S (Standard) kod, i P(precision – precizni, zaštićeni) kod.

C/A-kod ima frekvenciju fo/10, tj. vreme trajanja jednog bita je 10/fo =0,9775s1s . Ceo niz ima 1023 člana (L=1023) i ponavlja se svake milisekunde. Njegova odgovarajuća talasna dužina koda iznosi mAC 300/ . Svaki satelit ima jedinstven C/A-kod. Pseudoslučajni kodvi koji se koriste na satelitima spadaju u takozvane Gold kodove, jer ih je prvi opisao Robert Gold 1967. godine. Ovi kodovi imaju 512 jedinica i 511 nula slučajno rasporedjenih.

P-kod ima frekvenciju fo, i ponavlja se svaka 266,4 dana što predstavlja njegov ciklički period. Ovaj period je podeljen na 38 segmenata od po sedam dana. Šest segmenata je rezervisano za operativne potrebe i nisu u upotrebi. Ostali segmenti su dodeljeni različitim satelitima, tako da svaki satelit ima jedinstven pridruženi kod. Talasna dužina P-koda je

mP 30 .

Vremenski interval između dva uzastopna ponavljanja bita naziva se i označava kao ''chip''.

U P- kodu frekvencija čipa je 10.23 MHz, a dužina čipa je 99.75 ns što je 1/10 dužine C/A koda. Svake nedelje po univezalnom vremenu 0000, u noći između subote i nedelje, startuje nova sekvenca. Tokom te nedelje nema ponavljanja. Izuzetno velika dužina koda bi znatno otežala i oduzela previše vremena prijemniku da potraži deo iskorišćenog koda, da primeni autokorelaciju. Stoga, svakih 6 sekundi, predajnik satelita emituje vreme koje je prošlo od starta P koda. Ovo omogućava prijemniku da pronađe odgovarajući deo koda mnogo brže. Pseudo-slučajni kodovi su suština elektronskih komunikacija gde su bitni sigurnost i tajnost poruke. Takve komunikacije pripadaju području komunikacija proširenog spektra.

Na slici 3 je prikazan blok dijagrama generatora C/A koda. G1 i G2 su su kružni registri, a kolo predstavljeno sa je sabirač po modulu 2. Kolo ima dva pomeračka registra i sabirače po modulu dva . Na početku registri imaju neke podatke koji su početni sadržaji registra u principu sve ćelije imaju sadržaj 1. Svaki šift generator ima n=10 ćelija i svaki generiše povorku od 1023

(tj. 24-1) bita. Šift registar G1 uvek na isti način generiše niz tako što se sadržaj treće i desete ćelije u svakom koraku vraća na ulaz. Kod drugog šift registra G2 sadržaji više ćelija se vraćaju na ulaz u svakom taktu kako je prikazano na slici 3. Dodatno se izlazi sa dve ćelije (na slici sa ćelija 3 i 8) sabiraju po modulu dva na trećem sabiraču koji je označen kao phase selector na slici 3 i tako formiran signal predstavlja izlaz sa kružnog registra G2. Zatim se ovako formiran izlaz sa G2 i izlaz sa G1 sabiraju po modulu 2 i dobija se na izlazu bit C/A koda, Kodovi na satelitima se razlikuju po tome pomoću koje dve ćelije registra G2 se dobija njegov izlazni signal. Tako ćelije 3 i 8 koje su date odgovaraju satelitu br.3, 1a na primer ćelije 2 i 6 ogovaraju satelitu br. 1 , ćelije 3 i 7 odgovaraju satelitu br. 2.

Na ovaj našin moguće je generisati 36 različitih ( stvarno 37, ali su 33. i 37. isti). kodova , Prvih 32 koda se koristi za satelite a kodovi od 3 do 37 se rezervisani za druge namene, u šta se ubrajaju i korišćenje predajnika na Zemlji.

Slično samo sa mnogo dužim nizovima se generiše i P kod. Osim navedenih kodova sadržanih u PRN kodu, kod GPS signala se javljaju i W-kod,Y-kod i M-kod. W-kod je uveden radi zaštite pristupa P-kodu i zajedno sa njim čini Y-kod). Y-kod je strukturno sličan P-kodu, i ima istu funkciju – tajnost. Predviđeno je da se menja sedmično.

Veoma važna osobina pseudoslučajnih kodova koji se primenjuju kod GPS je to da su im kroskorelacione funkcije male, praktično jednake nuli .

Na slici 4 su predstavljeni spektri nosećih signala sa upisanim C/A i P kodom. Uočava se da je njihova snaga ispod nivoa šuma. Njihovi spektri su u nekom opsegu oko frekvencije nosećeg signala obeleženog sa fc.

Na grafiku na slici 4. snaga signala je izražena u decibelima (dB) i ona se određuje kao

Slika3 Blok dijagram generatora C/A koda

)()(log10)(

0 WPWPdBP (4)

gde je P (W) snaga izražena W, a P0(W) snaga nekog signala u odnosu na koji se određuje snaga P, i u ovom slučaju to je snaga šuma. Nekada se za P0 koristi snaga od 1 mW, ali

se onda to naznači i tada se umesto dB napiše da je jedinica dBm. Sa grafika se očitava da je maksimalna snaga C/A koda 16dB, a maksimalna snaga P koda 29 dB ispod nivoa šuma. Nivo šuma (background noise) je predstavljen ravnom linijom. Kako je frekvencija C/A koda f0/10 tada je i opseg centralnog dela spektra (centralno polukruga) za ovaj kod fcf0/10, tj. fc1,023MHz. U slučaju P koda spektar centralnog dela spektra fcf0, tj. fc10,23MHz. Na taj način širina spektra signala modulisanog C/A kodom iznosi 2,046MHz, a za P kod 20, 46MHz i centrirani su oko L1, L2 i L3 frekvencija..

b)Formiranje modulisanih signala Oba, L1 i L2, noseća signala modulisana su sa P-kodom (preciznije Y-kodom). C/A kod je implementiran na L1 noseći signal, u kvadraturi sa P-kodom (tj. noseći signal je fazno pomeren za 90).

Ako obeležimo nemodulisani noseći signal sa Lit=aicosωit, onda se modulisani noseći signali mogu reprezentovati sledećim jednačinama:

L1t = Ap Pt Dt cos 2πf1 t + AcGtD(t) sin 2π f1 t, i (5)

L2t = BpPt Dt cos 2π f2 t, (6)

pri čemu su: Ap ,Ac- amplitude P(Y) i C/A koda,

P(t)- vremenska zavisnost pseudoslučajnog P(Y) koda, Gt- vremenska zavisnost pseudoslučajnog C/A koda, D(t)- vremenska zavisnost navigacione poruke.

Na slici 5. je predstavljena pojednostavljena blok šema modulisanja L1 i L2 signala.

Prvo se vrši sabiranje po modulu dva navigacione poruke i koda ( pomoću sabirača po modulu 2 obeleženog kao , a zatim se ovim zbirom fazno moduliše noseći signal pomoću binarnog faznog modulatora.

Na slici 6 su prikazani približne vremenske zavisnosti signala pre i posle modulacije. Signal obeležen sa C je C/A kod, signal D je navigaciona poruka, njihovin

sabiranjem po modulu 2 dobija se signala CD. Ovaj signal se koristi za modulisanje nosećeg signala (carrier), i konačno se dobija modulisani signal (Final signal).

Potpuni blok dijagram koji je prikazan na slici 7 prikazuje ceo proces kako se iz lokalnog oscilatora generiše osnovna frekvencija f0, a ostali noseći signali (carrier signals) množenjem ove osnovne odgovarajući broj puta. Na taj način su svi procesi u predajniku sinhronizovni sa ovim oscilatorom osnovne frekvencije koji možemo ovde smatrati osnovnim časovnikom. Pored ovog, iz generatora pseudo slučajnog signala se generišu pseudoslučajni kodovi i to iz jednog C/A kod, a iz drugog P kod. Generisani osnovni signal ujedno kao časovnik daje takt generatoru P-koda, a množenjem osnovne frekvencije f0 sa 10 daje se takt generatoru C/A koda. Na satelitu postoji i i generator navigacione poruke (Data generator) koji generiše bitove navigacione poruke brzinom od 50 bita u sekundi tj. frekvencijom 50Hz. Zatim se vrši sabiranje navigacione poruke i pseudoslučajnih kodova i tako dobijeni signali se binarno faznomodulišu. Kako bi L1 modulisani signal sadržao i C/A u P kod deo nosećeg signala L1 se fazno pomera za /2 i umesto aicosωit, postaje aisinωit,. Zatim se vrše modulacije kako

Slika5. Blok šema modulisnja L1 i L2 nosećih signala

Slika 6. Vremenske zavisnosti signala koji se generišu na satelitu

bi se konačno dobili L1 i L2 fazno modulisani signali koji se šalju preko antene prema prijemnicima na Zemlji

c) Prošireni spektar i njegova uloga kod GPS-a Tehnika proširenog spectra je tehnika prenosa podataka. Digitalni signal koji predstavlja informaciju koja treba da se prenese (tj. navigaciona poruka kod GPS ) i koji ima uzak frekventni spektar se moduliše pseudoslučajnim kodom sa ciljem da se energija korisnog signala rasporedi na mnogo većem frekventnom opsegu od frekventnog spektra same informacije.

Slika 7. Detaljna šema formiranja strukture GPS signala na satelitu

Ova tehnika prenosa signala ima više prednosti, a glavna je otpornost na uskopojasne interferencije pri prenosu signala. . Na slici 8 je prikazan idealizovan dijagram kojim se opisuje ova tehnika i na njemu je pod :

i) prikazan je idealizovan spektar korisnog signal koji treba da se pošalje sa predajnika,

čija je snaga P i frekventni spektar je uzan . ii) prikazan je prošireni spektar korisnog signala koji je modulisan pseudoslučajnim

kodom. Na taj način korisni signal se pomoću pseudoslučajnog koda proširi tako da se njegova snaga rasporedi na mnogo širem frekventnom opsegu, ali se ukupna snaga signala ne menja. Nivo signala je zato sada znatno niži i obično je u nivou ili ispod nivou šuma. Na ovom nivou teško ga je izdvojiti i detektovat zbog šuma. Ovo proširenje spectra vrši se u okviru predajnika.

iii) prikazano je kako se u toku prenosa ovako proširenog korisnog signala pri prenosu do prijemnika na signal superponiraju uskopojasne i širokopojasne interferentne smetnje..

iv) prikazano kako se ponovnim množenjem signala koji je došao na prijemnik pomoću ogovarajućeg tj. istog pseudoslučajnog koda kao na predajniku sužava spektar (despreading) korisnog signala i samim tim mu se povećava amplituda. Pri ovome se istovremeno proširuje spektar uspopojasnih smetnji i istovremeno im se znatno smanjuje nivo. Široko pojasni šum ostaje ali je on sada znatno nižeg nivoa od nivoa korisnog signala Praktično se na ovaj način rekonstruiše korisni signal da se jasno razlikuje od šuma..

v) prikazano kako se posle filtriranja filterom propusnikom opsega eliminišu sve smetnje viših i nižih frekvencija od opsega korisnog signala. Prijemnik rekonstruiše predajnu povorku impulsa tj. korisni signal jer on sada ima mnogo veću amplitude u odnosu na interferentne smetnje. Pseudoslučajni kod se naziva u ovom slučaju i spreading (proširujući) kod ili spreading sekvenca. Ova tehnika se široko primenjuje kod različitih vrsta prenosa podataka.Blok dijagram digitalnog sistema koji radi u prošireno spektru se može predstaviti kao na slici 9..

Slika 8 . Idealizovan diagram postupka proširenja i sužavanja spektra signala

Ulazni podaci se dovode na kanalni koder kako bi se dobio digitalni koristan signal (u slučaju GPS navigaciona poruka) . On se dalje moduliše pomoću spreading sekvence (iz PN generatora) i dobija se predajni signal proširenog spectra koji se preko nekog medijuma ili bežično (kanal) prenosi do prijemnika . Tamo se vrši demodulacija množenjem dolaznog signala pomoću istog pseudoslučajnog koda i ovaj procese naziva i dispreading i onda se dobija korisni signal koji se dekoduje u izlazne podatke .

U praksi se za prenos signala u proširenom spektru koriste dve različite metode: a) direktna sekvenca (direct sequencing DS, tj tehnika se obeležava skraćeno DSSS-direct sequence spead spectrum.) b) frekventno skakanje ( frequency hopping-FH), pa se ova tehnika skraćeno obeležava kao FHSS (frequency hopping spread spectrum) -FHSS Kod ove tehnike se stalno menja centralna frekvencija predajnog signal . Ovi frekventni pomeraji ili skokovi (frequency hops) se dešavaju slučajno, tj pseudoslučajno, jer su te promene poznate i predajniku i prijemniku. Ako se centralna frekvencija proizvoljno pomera izmedju 100 različitih frekvencija tada će propusni opseg signala proširenog spectra biti 100 puta veći u odnosu na prvobitni koristan signal. -DSSS Kod ove tehnike se praktično svaki bit izvornog informacionog signala predstavlja sa velikim brojem bitova u predajnom signalu i ovo se postiže pomoću spreading koda (pseudoslučajnog koda). Kako sada imamo umesto jednog bita korisnog signala na primer 10, 20, 100 bitova predajnog signal ovoliko puta se i širi sprektar prvobitnog korisnog signala. Kod C/A koda na primer jedan bit navigacione poruke koji traje 20 ms je pretvoren u niz od 20x1023 bitova. Na slici 10. je prikazano kako se pomoću kola ekskluzivno ILI, odnosno kola koje vrši sabiranja po modulu 2 , sabiraju informacioni signal A i pseudoslučajni kod B i dobija se predajni signal C proširenog spektra kod koga svaki informacioni bit postaje N užih impulsa koje nazivamo čip.

Slika 9. Blok dijagram sistema za slanje i prijem podataka koji radi u tehnici proširenog spektra

Na prijemniku se primljeni predajni signal C ( sa dodatim smetnjama koje u ovo primeru nisu dodate tj. koje u ovom primeru zanemarujemo) sabira po modulu dva sa generisanom istom spreding sekvencom B i dobija se rekonstruisani infomacioni signal A. Da bi opisali kako ova tehnika praktično radi usvojićemo da se u konkretnom rešenju koristi BPSKmodulaciona tehnika. Umesto da se binarni podaci predstave kao 1 i 0, povoljnije je tretirati ih kao +1 i –1, što se naziva polarno predstavljanje. U tom slučaju, BPSK modulisani signal se može predstaviti sledećom relacijom

)2cos()()( tftdAts cd (7) gde je: sd(t) – BPSK modulisani signal, A – amplituda nosećeg signala; fc – frekvencija nosioca; d(t) – diskretna funkcija koja ima vrednost +1 ako je odgovarajući bit u povorci 1, a vrednost –1 kada je odgovarajući bit u povorci 0 i pri čemu povorka jedinica i nula odgovara na primer navigacionoj poruci. Da bi dobili DSSS signal množimo ovu jednačinu funkcijom c(t) koja predstavlja PN sekvencu uzimajući da i ona ima vrednosti 1 i -1, pa se dobija

)2cos()()()( tftctdAts cd i ovo odgovara signalu na predajniku. Na prijemnoj strani ovaj signal se ponovo množi sa c(t). Kako je c(t)c(t)=1 , tj autokorelacija koda sa samim sobom, dobija se

Slika 10. Vremenske zavisnosti signala pri proširenju i sužavanju spektra

)2cos()()2cos()()()()()( tftdAtftctctdAtcts ccd tj, dobija se modulisana osnovna poruka. Na slici je prikazano modulisanje nosećeg signala osnovnom porukom d(t) , i zatim proširenje spektra binarnom faznom modulacijom pomoću pseudoslučajnog tj. spreading koda, a koje je predstavljeno prethodnim jednačinama.

Naravno ovo bi važilo kada bi prijemnik primao signal sa samo jednog satelita. Medjutim na prijemnik dolaze signali proširenog spectra sa različitih satelita pri čemu je svaki proširen drugim kodom. Zbog ovoga se kod prenosa signala sa proširenim spektrom koristi tehnika CDMA (Cod Division Multiple Acess), tj. tehnika multipleksiranja po kodu. Multipleksiranje je osnovni mehanizam za deobu medijuma kojim se prenose signali tako da više korisnika koristi isti mdijum, a da pri tome minimalno interferiraju. Multipleksiranje može biti po prostoru, vremeni frekvenciji i kodu. i ovde će ukratko biti opisana tehnika multipleksiranja po kodu. U okviru ove tehnike svi kanali kojima se prenose različiti signali koriste isti opseg frekvencija i da bi se razlikovali svakome se dodeli sopstveni kod. Kodovi se kako je prethodno rečeno pažljivo biraju kako bi u kodnom prostoru imali neophodno rastojanje, i zato se biraju kodovi koji se nazivaju ortogonalni tj. kroskorelacione funkcije su im praktično jednake nuli tj, male u odnosu na autokorelacione .

Pretpostavimo da nas prijemnik prima signale proširenog spectra sa n satelita kako je prikazano na slici. Podaci od svakog satelita di(t) se modulišu BPSK modulacijom dobija i zatim se množe sa spreding kodom satelita ci(t).

Ako prijemnik želi da rekonstruiše poruku sa prvog predajnika na prijemniku se vrši množenje signala sa pseudoslučajni kodom koji odgovara prvom satelitu , a zatim se signal demoduliše kako bi se dobili podaci sa prvog satelita. Ostali signali koji su došli na predajnik kada se množe pseudoslučajnim kodom prvog satelita usled ortogonalnosti sa prvim kodom ne sužavaju svoj spektar ( tj. ne despreaduju se ) , pa je energija ovih neželjenih signala i dalje rasporedjena na široki frekventni opseg i stoga ima veoma mali nivo.