704_Mikushin_A.V._Skhemotekhnika_mobil'nykh_radiostantsij_

Фильтр Найквиста можно реализовать только с использованием цифровой техники, поэтому в схеме, приведенной на рисунке 1.44, перед квадратурным модулятором предусмотрен цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). Особенностью работы фильтра Найквиста является то, что в промежутках между отсчетными точками сигнал на его входе должен отсутствовать, поэтому на его входе стоит формирователь импульсов (ДМ), выдающий сигнал на свой выход только в момент отсчетных точек. Все остальное время на его выходе присутствует нулевой сигнал.

Пример формы передаваемого цифрового сигнала на выходе фильтра Найквиста приведен на рисунке 1.45.

Рисунок 1.45. Пример временной диаграммы сигнала Q при четырехпозиционной фазовой модуляции QPSK

Так как для сужения спектра радиосигнала в передающем устройстве используется фильтр Найквиста, то межсимвольные искажения в сигнале отсутствуют только в отсчетных точках. Это отчетливо видно по глазковой диаграмме сигнала Q, приведенной на рисунке 1.46.

Рисунок 1.46. Глазковая диаграмма сигнала на входе Q модулятора

41

Кроме сужения спектра сигнала, применение фильтра Найквиста приводит к изменению амплитуды формируемого сигнала. В промежутках между отсчетными точками сигнала амплитуда может, как возрастать по отношению к номинальному значению, так и уменьшаться почти до нулевого значения.

Для того чтобы отследить изменения, как амплитуды сигнала QPSK, так и его фазы лучше воспользоваться векторной диаграммой. Векторная диаграмма того же самого сигнала, что приведен на рисунках 1.45 и 1.46, показана на рисунке 1.47.

Изменение амплитуды сигнала QPSK видно и на осциллограмме сигнала QPSK на выходе модулятора. Наиболее характерный участок временной диаграммы сигнала, приведенного на рисунках 1.46 и 1.47, показан на рисунке 1.48. На этом рисунке отчетливо видны как провалы амплитуды несущей модулированного сигнала, так и увеличение ее значения относительно номинального уровня.

Рисунок 1.47. Векторная диаграмма QPSK сигнала c α = 0.6

Рисунок 1.48. Временная диаграмма QPSK сигнала c α = 0.6.

42

Сигналы на рисунках 1.45 … 1.48 приведены для случая использования фильтра Найквиста с коэффициентом скругления =0.6. При использовании фильтра Найквиста с меньшим значением этого коэффициента влияние боковых лепестков импульсной характеристики фильтра Найквиста будет сказываться сильнее и явно прослеживающиеся на рисунках 1.46 и 1.47 четыре пути прохождения сигналов сольются в одну непрерывную зону. Кроме того, возрастут выбросы амплитуды сигнала относительно номинального значения.

Рисунок 1.49. Спектрограмма QPSK сигнала c α = 0.6

Присутствие амплитудной модуляции сигнала приводит к тому, что в системах связи, использующих этот вид модуляции, приходится использовать высоколинейный усилитель мощности. К сожалению, такие усилители мощности обладают низким кпд.

Четырехпозиционная фазовая модуляция со сдвигом квадратур (OQPSK).

ВQPSK биты в потоках, подаваемых на модуляторы квадратур I и Q, переключаются в один и тот же момент времени. Сигнал символьной синхронизации, и синхросигналы битовых потоков, подаваемых на модуляторы I и Q, синхронизированы. Это приводит к тому, что в диаграмме переходов сигнала четырехпозиционной фазовой модуляции, приведенной на рисунке 1.47, встречаются переходы через точку с нулевой амплитудой сигнала.

Подобное поведение амплитуды сигнала приведено на рисунке 1.48 для сигнала двоичной фазовой модуляции. Как уже упоминалось ранее, такой характер сигнала приводит к тому, что усилитель мощности требуется делать линейным, и к.п.д. такого усилителя будет небольшим.

Вчетырехпозиционной фазовой модуляции со сдвигом квадратур (OQPSK) битовые потоки, подаваемые на модуляторы квадратур I и Q, сдвинуты друг относительно друга на длительность одного бита (половина символьного интервала), как это показано на временных диаграммах, приведенных на рисун-

ке 1.50.

43

Спектральная эффективность модуляции OQPSK точно такая же, как и у обычной квадратурной модуляции QPSK. Это означает, что для применения этого вида модуляции в радиоканале требуется обработать исходные NRZ сигналы фильтром Найквиста. Только после подобной обработки спектр радиосигнала становится достаточно узким для использования в системах мобильной радиосвязи.

Дифференциальная квадратурная фазовая модуляция (DQPSK).

В методе дифференциальной квадратурной фазовой модуляции (Differential Quadrature Phase Shift Keying, DQPSK) все импульсы входной информаци-

онной последовательности разбиваются на пары – на 2-х битовые символы. При переходе от одного 2-х битового символа к другому 2-х битовому символу начальная фаза радиосигнала изменяется на величину ∆φ, которая определяется в соответствии с таблицей 1.2.

Таблица 1.2. Закон изменения фазы в модуляции DQPSK

Диаграмма переходов состояний сигналов, соответствующая этому методу, представлена на рисунке 1.50.

Рисунок 1.50. Фазовая диаграмма, соответствующая методу DQPSK

45

Кружочками обозначены дискретные значения, которые может принимать фаза несущей, отсчитываемая от некоторого начального значения. Стрелками указаны возможные переходы между разрешенными значениями фазы. Оси координат соответствуют синфазной (Inphase – I) и квадратурной (Quadrature – Q) составляющим сигнала. Эта фазовая диаграмма состоит фактически из двух диаграмм обычной квадратурной фазовой манипуляции: фазовые состояния одной из них помечены значком ‘+’, а другой – значком ‘ ’, и диаграммы сдвинуты одна относительно другой на угол π/4. При переходе от одного символа к другому происходит изменение фазы от одного из состояний первой диаграммы к одному из состояний второй, а при переходе к следующему символу – возврат к предыдущей диаграмме, хотя, скорее всего, не к прежнему фазовому состоянию.

Восьмипозиционная фазовая модуляция (8-PSK).

Рассмотрим восьмипозиционную фазовую модуляцию за рубежом называемую 8-PSK. В этом виде фазовой модуляции существуют восемь значений фазы несущего колебания. Так как 23 = 8, то каждым символом одновременно передается сразу 3 бита. Это означает, что битовая скорость при этом виде модуляции в три раза выше символьной скорости передачи данных.

Диаграмма переходов состояний сигнала при восьмипозиционной фазовой модуляции приведена на рисунке 1.51.

Q 011

010 001

101

Рисунок 1.51. Диаграмма переходов состояний сигнала восьмипозиционной фазовой модуляции 8–PSK

46

На этой же диаграмме приведены значения трибитов, передаваемых каждым состоянием символа. Как видно из рисунка 1.51, фазовые состояния закодированы кодом Грея, который позволяет минимизировать количество битовых ошибок при неправильном приеме символьной комбинации на приемном конце радиоканала. Соседние фазовые состояния символа отличаются друг от друга не более чем на один бит.

Спектр радиосигнала восьмипозиционной фазовой модуляции не отличается от спектра квадратурной фазовой модуляции. Это означает, что перед передачей данного сигнала в радиоканал следует сформировать траектории переходов квадратур I и Q с помощью фильтра Найквиста, и, тем самым, ограничить спектр результирующего сигнала в полосе радиочастот.

Осциллограммы одной из реализаций сигналов I и Q, обработанных с помощью фильтра Найквиста, приведены на рисунке 1.52.

Рисунок 1.52. Осциллограммы сигналов I и Q, снятых с выхода фильтра Найквиста

47

1.2.3. Квадратурная амплитудная модуляция

Квадратурная модуляция (QAM).

Для увеличения скорости передачи данных используют так называемую квадратурную амплитудную модуляцию QAM, которая является амплитуднофазовым видом модуляции. QAM применяется в кабельных модемах, в стандарте цифрового телевидения DVB-C, а также, в цифровом радиовещании СВЧ диапазона.

Рисунок 1.53. Векторная диаграмма сигнала 16-QAM (слева)

исигнальное созвездие сигнала 32-QAM (справа)

В16-ти позиционной QAM (16-QAM) существует по четыре сигнальных значения для каждой из квадратурных компонент I и Q. Этим достигаются 16

значений суммарного сигнала.

Зная, что 16=24, получаем, что в 16-QAM одним символом могут быть переданы четыре бита. Это означает, что символьная скорость в таком виде модуляции получается в четыре раза меньше битовой, т.е. равна 1/4 от битовой скорости. Таким образом, данный тип модуляции позволяет организовать спектрально более эффективную передачу данных. С точки зрения скорости передачи этот вид модуляции намного более эффективен по сравнению с двоичной (BPSK), четырехпозиционной (QPSK) или восьмипозиционной (8-PSK) фазовой модуляцией. Следует сразу оговориться, что QPSK и 4-QAM на самом деле один и тот же вид модуляции.

Еще одна разновидность QAM – это 32-QAM. Ее характеристики таковы:

по шесть сигнальных значений для I и для Q, что в итоге дает 6 6 = 36 точек созвездия для суммарного сигнала. Этот тип модуляции наделен особенностью.

48

В итоге, количество значений 36 не соответствует исходным данным, т.к. слишком велико, (36>32). Поэтому, четыре «угловых» сигнальных значения, (на которые приходится большинство мощности передатчика), опущены.

Этим уменьшается значение выходной мощности, которую передатчик должен произвести. Исходя из того, что 32 = 25, получаем битовую скорость равную 5 бит/с и символьную скорость, равную 1/5.

1.3.Транкинговая связь

1.3.1.Аналоговые системы транкинговой связи

Транкинговыми системами называются радиально-зоновые системы наземной подвижной радиосвязи, осуществляющие автоматическое распределение каналов связи ретрансляторов между абонентами. Это достаточно общее определение, но оно содержит совокупность признаков, объединяющих все транкинговые системы, от простейших SmarTrunk до цифровых TETRA. Термин "транкинг" происходит от английского Trunking, что можно перевести как "объединение в пучок". Основные архитектурные принципы транкинговых систем легко просматриваются на обобщенной структурной схеме однозоновой транкинговой системы, представленной на рисунке 1.54.

49