Вопросы самоконтроля

1. Причины возникновения ошибок в радиоканале.

2. Какие методы используют для борьбы с ошибками в радиоканале?

3. Задачи канального кодирования.

4. Назначение блочного кода

5. Назначение свёрточного кода.

6. Назначение перемежения.

7. Какое количество бит поступает на вход кодера канала и какое количество бит формируется на его выходе?

Тема 2.6. Обоснование выбора методов модуляции в аналоговых и цифровых мобильных системах Требования к знаниям

• Студент должен

• знать:

• методы модуляции, применяемые в различных аналоговых и цифровых системах мобильной связи;

• методы модуляции в мобильных системах: FSK, GMSK, DQPSK, QAМ.

• уметь:

• объяснить применение понятия «плотность передачи информации (бит/с/Гц)» при выборе метода модуляции в конкретной системе связи;

• изображать форму выходных высокочастотных (ВЧ) сигналов различных модуляторов и объяснять разницу между системами с различными видами модуляции.

Содержание учебного материала

Отличия радиосвязи от проводной связи заключается в необходимости строгого ограничения полосы передаваемого сигнала, в противном случае будут иметь место взаимные помехи между каналами. Функция передачи-приёма распределяется следующим образом: полоса частот ограничивается в передатчике, а фильтруется в приёмнике. Поэтому, модуляция должна рассматриваться совместно с функциями фильтров.

Колебания на радиочастотах должны быть переданы на требуемые расстояния. Но до тех пор, пока они не модулированы, колебания не несут какой либо информации. Модулирующий сигнал – это информация, которую нужно передать. Существует несколько способов модуляции несущих колебаний.

При амплитудной модуляции (АМ) модулирующий сигнал управляет уровнем несущей. Верхняя боковая полоса занимает частоты выше частоты несущей, а нижняя боковая полоса – ниже уровня несущей. Этот вид модуляции даёт неэкономное распределение мощности ВЧ генератора, большая часть которой расходуется на несущие колебания и только около 1/3 на долю боковых составляющих, в которых заложена информация передаваемого сигнала. Если передавать не весь спектр АМ - колебания, а одну боковую полосу, получим следующие преимущества:

- амплитуда ОБП сигнала по сравнению с боковой полосой при АМ – сигнале возрастает в 2 раза, что даёт выигрыш по мощности в 4 раза;

- ширина спектра ОБП уже полосы спектра АМ в 2 раза, что даёт возможность сузить полосу пропускания по промежуточной частоте и получить выигрыш в отношении сигнал/помеха также в 2 раза.

Недостаток ОБП – усложнение схемы приёмника из-за необходимости восстановления несущих колебаний, иначе принять ОБП – сигнал нельзя.

При частотной модуляции (ЧМ) в соответствии с изменением напряжения модулирующего сигнала увеличивается и уменьшается мгновенная частота. Результирующий спектр более сложен и занимает более широкую полосу, чем при АМ. ЧМ является нелинейной, поэтому возникают гармоники модулирующего сигнала, которые располагаются по обе стороны от частоты несущей. Величина девиации частоты несущей служит мерой глубины модуляции. Чем больше глубина модуляции, тем более широкая полоса частот требуется для передачи модулированного сигнала.

При фазовой модуляции (ФМ) по закону изменения модулирующего сигнала изменяется фаза несущей. Оба метода угловой модуляции - ЧМ и ФМ для синусоидального модулирующего сигнала имеют идентичные результаты. Если для модуляции используется цифровой сигнал, то при ФМ фаза изменяется скачком и вызывает скачкообразное изменение амплитуды несущей.

Амплитудная модуляция по параметру помехоустойчивости уступает ЧМ и ФМ и применяется в радиосвязи редко. В цифровых системах в качестве ФМ используют относительную фазовую модуляцию (ОФМ). При ОФМ при передаче логической «1» фаза несущего колебания изменяется скачком на Δφ, например на π по отношению к фазе предыдущего бита, а при передаче «0» остаётся без изменения.

ЧМ и ФМ характеризуются скоростью передачи сообщения V, которая равна количеству передаваемых посылок (бит) в секунду (бит/с=бод), или длительностью посылки τ=1/V

В зависимости от дискрета фазы Δφ наиболее часто используются разновидности ФМ: бинарная ФМ (BPSK), квадратурная ФМ (QPSK), квадратурная ФМ со смещением (OQPSK)

Квадратурная амплитудно-фазовая модуляция (КАМ)-(QAM) характеризуется изменением фазы и амплитуды. Метод применяется в цифровых системах, где каждое состояние фаза /амплитуда может представлять несколько битов данных. Число состояний указывается в обозначении. 16QAM имеет 16 состояний, каждое из которых представляет 4 бит данных.

Параметром, характеризующим эффективность использования полосы частот системой связи с цифровой модуляцией является «плотность передачи информации» δ= V/BW, где:

V – скорость передачи данных бит/с, BW – ширина полосы цифрового сигнала, Гц.

Теоретически максимальная плотность передачи двоичных сигналов равна 2 бит/с/Гц в случае двухуровневого кода передачи или 1 бит/с/Гц для модулированного сигнала с двумя боковыми полосами. При использовании четырёхуровневого кода эти значения увеличиваются вдвое.

Пример применения методов модуляции по системам связи:

• радиосвязь 27 МГц - АМ/ФМ;

• профессиональная связь ФМ/ЧМ;

• сотовая связь аналоговая – ФМ, цифровая GSM – GMSK, D-AMPS - FM π/4 DQPSK, CDMA – ФМ-4 (QPSK), OQPSK;

• VSAT – станции спутниковой связи – AV-2 (BPSK), ФМ-4(QPSK)

• беспроводные сети DSSS – BPSK QPSK, DCCK, QCCK;

• беспроводные сети FHSS – 2GFSK, 4GFSK, 8GFSK;

• MMDS – от 4QPSK 92 бита на модуляционный символ до 256QAM ( 8 бит на символ);

• LMDS/MMDS – QPSK/QAM;

• сети WAN IEEE 802.16 – QPSK.