Зміст (стр. 4 )

де Т – тривалість дібіта.

Підставимо відоме значення : Т = 1/32 кГц, ∆j1 = 3p/4, ∆j2 = p/4. Одержимо ∆¦д1 = 12 кГц, ∆¦д2 = 4 кГц. Звідси випливає, що при передачі цифрового сигналу з тактовою частотою 32 кГц випромінюються частоти на ± 12кГц і ± 4 кГц вище і нижче несучі частоти ¦0. Таким чином, p/4 DQPSK модуляцію можна розглядати як різноманітність 4-х рівневої частотної маніпуляції.

Різниця між схемами модуляції OQPSK (Offset QPSK - квадратурна фазова маніпуляція зі зміщенням) і QPSK полягає в орієнтації двох модульованих сигналів. Як показано на рис.3, тривалість кожного вихідного імпульсу дорівнює Т, відповідно в потоках тривалість кожного імпульсу дорівнює 2Т. В звичайній QPSK потоки парних і непарних імпульсів передаються зі швидкістю 1/(2Т) біт/с, причому вони синхронізовані так, що їх переходи співпадають. В OQPSK, яку інколи називають SQPSK (staggered QPSK), використовується також поділ потоку даних і ортогональна передача. Різниця в тому, що ці потоки синхронізовані зі зсувом на Т.

Головна перевага OQPSK перед QPSK – усунення позасмугової інтерференції, наводить на думку, що можна додатково підсилити формат OQPSK, усунувши розриви при переході фази. Це стало мотивацією розробки схем модуляції без розриву фази (continuous phase modulation – CPM). Однією із таких схем є маніпуляція з мінімальним зсувом (minimum shift keying – MSK). MSK можна розглядати як частковий випадок частотної маніпуляції без розриву фази або частковий випадок OQPSK із синусоїдальним порівнянням символів.

3. Мінімальна маніпуляція (MSK).

У системах радиодоступа також використовується гаусівська маніпуляція з мінімальним зсувом (Gaussian Minimum Shift Keying - GMSK). Цей метод являє собою частотну маніпуляцію, при якій несуча частота дискретно – через інтервали часу, кратні періоду Т бітової модулюючої послідовності – приймає значення:

¦н = ¦0 – F/4 чи ¦в = ¦0 + F/4 ,

де ¦0 – центральна частота (несуча) використовуваного частотного каналу;

F = 1/T – частота бітової послідовності, біт/с.

Разнос частот ∆f =(¦в-¦н)=F/2 - мінімально можливий, при якому забезпечується ортогональність коливань частот ¦н і ¦в на интервалі Т тривалості одного біта. При цьому за час Т між коливаннями частот ¦н і ¦в набігає різниця фаз, рівна p/2. Таким чином, термін “мінімальне зрушення” у назві методу маніпуляції відноситься у зазначеному вище змісті до зсуву частот.

Таким чином, частота первинного сигналу, яка модулює, дорівнює F/2, а девіація частоти – F/4, то індекс частотної маніпуляції складає

Термін “гаусівськая” у назві методу маніпуляції відповідає додаткової фільтрації бітової послідовності, що модулює, відносно вузькосмуговим гаусовським фільтром. Саме ця фільтрація відрізняє метод GMSK від MSK.

Метод MSK іноді розглядають як метод квадратурної фазової маніпуляції із зсувом (OQPSK), але із заміною прямокутних модулюючих імпульсів тривалістю 2Т напівхвильовими відрізками синусоїд або косинусоид (cos pt/2T). При цьому результуючий сигнал можна записати як:

Тут і мають такий же смисл синфазного і квадратурного потоків даних. Схема MSK, записана у цій формі, інколи називається MSK з попереднім кодуванням.

Кінцевий модульований сигнал отримується як результат перемноження модулюючих сигналів квадратурних каналів з відповідними несучими sin(ω0t) cos(ω0t) і сумування отриманих добутків.

Описаний принцип побудови модулятора MSK поясняється наступною блок-схемою (поки без врахування першого блоку-гаусівського фільтра G).

З приведених вище аналітичних виразів безпосередньо випливає, що початкова фаза φН модульованого сигналу в методі MSK описується лінійно-ламаною кривою, тобто залежність φН(t) є неперервною, але і не гладкою. Додавання гаусівського фільтра, тобто фільтра низьких частот з амплітудою характеристикою в формі гаусівської кривої, приводить до згладження кривої φН(t) в точках зламу. Ширина смуги В фільтра по рівню 3 дБ вибирається рівною:

B = 0,3F,

тобто добуток

В*Т = 0,3.

Оскільки в стандарті GSM F = 270,833 кГц, смуга гаусівського фільтра рівна В = 81,3 кГц.

Отже, із попереднього рівняння можна зробити наступні висновки:

1) сигнал має постійну огинаючу;

2) фаза несучої неперервна при бітових переходах;

3) сигнал можна розглядати як FSK- модульований сигнал з частотами передачі і .

Таким чином, мінімальне рознесення частот, необхідне при модуляції MSK, можна записати наступним чином:

,

що дорівнює половині швидкості передачі бітів. Відмітимо, що рознесення частоти, необхідне для MSK,- це половина (1/Т) рознесення, необхідного при некогерентному детектуванні FSK- модульованих сигналів. Це пояснюється тим, що фаза несучої невідома і неперервна, що дозволяє здійснити когерентну демодуляцію сигналу.

Введення гаусовского фільтру приводить до звуження головної пелюстки і зниження бічних пелюсток спектру на виході модулятора, чим забезпечується допустимий рівень перешкод по суміжних частотних каналах.

Нормована спектральна щільність потужності (Р=1 Вт) для QPSK, OQPSK і MSK зображені на рис.5. Не дивно, що BPSK потребує більшої смуги пропускання, ніж інші типи модуляції, при тому ж рівні спектральної щільності. Із рис.5 видно, що бокові максимуми графіка MSK нижче, ніж графіка QPSK чи OQPSK. Це є наслідком множення потоку даних на синусоїду і дає більшу кількість плавних фазових переходів. Чим плавніше перехід, тим швидше спектральні хвости переходять в нуль. Модуляція MSK спектрально-ефективніша за QPSK або OQPSK; тим не менше, як видно із рис.5, спектр MSK має більш широкий основний максимум, ніж спектр QPSK чи OQPSK. Відповідно, MSK не можна назвати вдалим вибором при наявності системи зв'язку з вузькою смугою пропускання. Одночасно MSK необхідно використовувати в системах з декількома несучими, оскільки її відносно малі бічні максимуми спектра дозволяють уникнути значних завад по сусідніх каналах. Те, що спектр QPSK має більш вузький основний максимум, ніж MSK, пояснюється тим, що при даній швидкості передачі бітів швидкість передачі символів QPSK вдвічі менша швидкості передачі символів MSK.

Рис.5. Нормована спектральна щільність потужності

На закінчення відзначимо, що методи модуляції p/4 DQPSK і GMSK виявляються практично одноковими по розбірливості - частоті помилки (BER), хоча перший з них забезпечує дещо більш високу ефективність використовування смуги частот з розрахунку на 1 біт інформації, що передається.

Л 4 1/4. Сигнали з розширеним спектром

1. Загальні положення.

2. Розширений спектр із стрибкоподібною перебудовою частоти (FHSS).

3. Розширення спектру методом прямої послідовності (DSSS).

В сучасних радіотехнологіях важливу роль відіграють сигнали з розширеним спектром, які займають значно більшу смугу частот, ніж потрібну для передачі інформаційних символів. Такі сигнали називаються сигналами з великою базою:

В =ΔF · τ >> 1,

де ΔF – смуга частот, займана сигналом;

τ – тривалість символу.

Таким чином, у даних сигналів на тривалості інформаційного символу міняються параметри. До основних переваг СРС можна віднести:

– висока завадостійкість;

– можливість боротьби із завмираннями;

– несприйнятливість до різних типів шумів, селективних по частоті перешкодам, а також спотворенням, викликаним багатопроменевим розповсюдженням;

– висока конфіденційність.

Спочатку даний метод створювався для розвідувальної і військової мети. Основна ідея методу полягає в тому, щоб розподілити інформаційний сигнал по широкій смузі радіодіапазону для ускладнення його перехоплення і придушення. Існує два методи розширення спектру сигналу:

– передача сигналу із стрибкоподібною перебудовою частоти (FHSS – frequency hopping spread spectrum);

– розширення спектру методом прямої послідовності (DSSS – direct sequence spread spectrum).

1. Розширений спектр із стрибкоподібною перебудовою частоти (FHSS)

В даних сигналах передача проводиться за допомогою певних наборів частот, що мають властивості випадкових послідовностей. Перебудові частоти сигналу відбувається через певні інтервали часу. Зміна робочих частот приймача синхронізується з передавачем, що дозволяє відновити початковий сигнал. В той же час при спробі підслухати сеанс зв’язку будуть чутні лише нерозбірливі звуки, а створювання наміру перешкод на одній із частот приведе до знищення тільки декількох бітів сигналу.

Розрізняють повільну і швидку перебудову частоти (рис. 1).