Учебное пособие 2213

Тактовая частота в этом случае составляет 8,488 МГц. Третичная система образуется объединением цифровых потоков четырех вторичных систем, а четвертичная – объединением трех-четырех третичных систем. Тактовая

121

частота третичной системы составляет около 35 МГц, а четвертичной – более 100 МГц.

Для передачи методами импульсно-кодовой модуляции телевизионного сигнала с высшей частотой спектра 6 МГц при 625-строчной системе принята частота дискретизации fД=14,256 МГц. Кодирование телевизионного сигнала может осуществляться восьмиразрядным двоичным кодом, обеспечивающим возможность передачи 196 квантованных уровней яркости. При таком количестве уровней яркости переход на соседний уровень квантования будет восприниматься глазом как непрерывное изменение яркости. С другой стороны, восьмиразрядный код обеспечивает требуемую МККТ норму защиты от шумов квантования. При восьмиразрядном двоичном кодировании и частоте дискретизации 14,256 МГц тактовая частота fT =14,256·8= 114,048 МГц. Подобная скорость передачи может быть реализована четвертичной системой, по которой можно одновременно передавать телевизионный сигнал и 300-канальный групповой сигнал третичной системы. Дальнейшее объединение систем позволит передавать еще большие объемы информации, однако при этом возрастет значение тактовой частоты и соответственно повысятся требования к быстродействию аппаратуры.

Групповой цифровой поток может передаваться методами дискретной модуляции (манипуляции) несущей по амплитуде, частоте, фазе, а также некоторыми другими более сложными методами. Дискретная модуляция несущей по амплитуде не нашла широкого применения в системах связи из-за сильной подверженности таких систем действию помех. Практическое использование в настоящее время находят цифровые системы связи с манипуляцией несущей по частоте либо фазе. В таких системах информация о состоянии передаваемого импульса группового цифрового потока заложена в частоте сигнала несущей либо в ее фазе. Частота или фаза несущей принимают несколько допустимых значений

122

и переключаться с тактовой частотой группового цифрового потока.

Частотная манипуляция используется обычно при низких скоростях передачи цифрового потока. Частотноманипулированный сигнал может формироваться путем переключения генераторов, работающих на различных частотах, либо путем частотной модуляции одного генератора. В первом случае при переходе от символа к символу может иметь место скачок фазы. Во втором случае разрыва фазы не происходит. При манипуляции частоты без разрыва фазы практическая ширина спектра манипулированного сигнала уменьшается. Этот метод манипуляции предпочтительнее.

При больших скоростях передачи группового цифрового потока применяются, как правило, различные виды фазовой манипуляции, при которых может быть обеспечена максимальная помехоустойчивость систем связи. Возрастание помехоустойчивости систем связи с фазовыми методами манипуляции объясняется наличием на приемной стороне дополнительной селекции сигнала по фазе наряду с селекцией сигнала по частоте. Классическим способом фазовой манипуляции (ФМ) является способ, при котором фаза несущей (абсолютное значение) определяется уровнем передаваемого импульса. На приемной стороне фаза принятого сигнала сравнивается с фазой исходного несущего колебания. Следовательно, при этом методе передачи в приемнике должны быть специальные устройства выделения опорного сигнала, фаза которого совпадает с фазой несущего колебания. Опорный сигнал может выделяться непосредственно из фазоманипулированного сигнала либо путем передачи специальных пилот-сигналов. Необходимость выделения опорного сигнала на приемной стороне, а также возможность искажений типа «обратной работы» существенно затрудняют использование ФМ. Искажения типа «обратной работы» возникают из-за неоднозначного восстановления фазы

123

опорного сигнала, которая может отличаться от фазы несущего колебания на 180°.

124

9.КОДОВОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ КАНАЛОВ

9.1.Принципы кодового разделения каналов

Все прямые каналы организуют на одной несущей за счет применения ортогональных функций Уолша. Обозначать объем системы Уолша принято W(N), где N – общее число кодовых последовательностей в системе (размер матрицы Адамара). Так, для системы CDMA в диапазоне 800 МГц и 1,8 ГГц выбрана система W(64). Эти 64 канала подразделяют на каналы трафика (55), а также каналы управления: пилот-канал (1), канал синхронизации (1), каналы пейджинга (7).

Встандарте указывается общее число каналов и их распределение, а так же номер последовательности, присвоенный определенному каналу. Номер обычно записан, как WJ. Все значения ниже приведены для этого стандарта.

Впилот-канале обычно передают последовательность W0, в которой все биты нулевые. В пилот-канале сигнал расщепляется, но остается немодулированным. Его сигнал используется в качестве опорного для когерентной демодуляции остальных 63 каналов, а также поиска новой базовой станции (БС), когда абонентская станция (АС) перемещается из одной области обслуживания в другую. Скорость передачи составляет 19,2 кбит/с.

Вканале синхронизации передается сигнал для установки синхронизации. По этому сигналу АС может определить системное время и сдвиг пилот-сигнала БС во время первоначального вхождения в систему. Работает с фиксированной скоростью 1200 бит/с.

Каналы пейджинга служат для передачи такой информации к АС, которая не требует установления дуплексного соединения. По этим каналам передают параметры системы связи, сигналы вызова АС и организована служба коротких сообщений скорость передачи в канале 4,8 или 9,6 кбит/с (по усмотрению оператора). Каналы пейджинга

125

поддерживают АС, которые могут работать как в дискретном, так и не в прерывном режимах. АС в дискретном режиме периодически включают свой приемник для приема сигналов по каналам пейджинга. Интервал между включениями может составлять от 1,28 до 163,84 с.

Каналы трафика в прямой линии работают с переменной скоростью, что снижает взаимные помехи между ними. Скорость может меняются каждые 20 мс. Поддерживается два набора скоростей:

набор 1: 9,6; 4,8; 2,4; и 1,2 кбит/с;

набор 2: 14,4; 7,2; 3,6; и 1,8 кбит/с.

Скорости каждого набора доступны от кадра к кадру в канале трафика. Эти скорости поддерживают службы передачи данных и речи со скоростями как 8,5 кбит/с, так и 13,5 кбит/с. В каналах с набором 1 скорость сверхточного кодирование составляет R=1/2; с набором 2 – R=3/4.

В прямом канале трафика организован подканал управления мощностью передатчика АС (обратного канала). Мощность АС постоянно измеряется на БС, и в прямом канале трафика каждые 1,25 мс передается 1 бит, которые указывает АС увеличить (1) или снизить (0) на 1 дБ уровень мощности передатчика.

Обратные каналы подразделяются на каналы доступа и каналы трафика. Деление на каналы выполняется путем назначения каждой АС собственной фазы длинного кода, что дает возможность БС на приеме разделить сигналы от разных АС. В отличие от прямой линии перекрывающиеся последовательности в обратной линии не ортогональны. Ортогональные функции также используются в обратных каналах, но не для их уплотнения, а для повышения их помехоустойчивости. В этом случае каждой группе из 6 бит информационного сообщения соответствует одна из 64 функций Уолша.

126

Каналы доступа служат для инициирования вызова, ответа на пейджинговое сообщение, регистрации АС. Скорость передачи сигнала по каналу 4,8 кбит/с.

В прямом канале адрес АС – кодовая последовательность Уолша WN. В обратном канале адрес АС

–фаза длинного кода.

9.2.Принцип формирования сигнала в прямом канале

трафика

При передаче на БС речевой сигнал разбивается на кадры и поступает в речевой кодек. Длительность кадра в каналах трафика 20 мс, в каналах синхронизации 26,666 мс. В схеме канала (рис.9.1) показаны: 1 – выход речевого кодера, U1– сверхточный кодер со скоростью R=1/2; U2 – блок перемежения; А1 и А3 – сумматоры по модулю 2, А2 – мультиплексор; G1 – генератор псевдослучайной последовательности (ПСП); U3 и U4 – делители цифрового потока, а также квадратурный фазовый модулятор. Скорость передачи на выходе речевого кодека 9,6 кбит/с, а на выходах сверхточного кодера и блока перемежения 19,2 кбит/с.

Рис. 9.1. Функциональная схема формирования сигнала (ШПС) в прямом канале трафика

127

Генератор G1 создает ПСП с периодом повторения Тпсп = 242-1. Скорость цифрового потока на выходе генератора ПСП Вг=1,2288 Мбит/с. Для снижения скорости служат делители цифрового потока U3 и U4. Скорость на выходе U3 уменьшена до 19,2 кбит/с, для того, чтобы совпали скорости цифровых потоков на входах сумматора А1. Часто применяется другое название G1 – генератор длинного кода и другое название делителей цифрового потока – дециматоры. Скорость цифрового потока на выходе дециматора U4 снижается до 800 бит/с. С него снимается выходной сигнал 800 Гц, который используется для управления цифровой последовательностью мультиплексора при введении сигнала (1 бит) управления мощностью, который поступает по входу 3.

Генератор ПСП, делитель U3 и сумматор А1 выполняют функцию скремблера. Скремблирование позволяет обеспечить скрытность передачи. После скремблирования цифровой сигнал поступает на мультиплексор А2. Сигнал на выходе А2 – это скремблированный модулирующий символ плюс сигнал управления мощностью.

Шумоподобный сигнал образуется на выходе сумматора А3 путем сложения по модулю 2 модуляционного символа с сигналом Уолша. Этот процесс называется расщеплением.

На выходе А3 каждый бит модулирующего сигнала расщепляется на 64 бита. Для каждого (j-го) речевого канала используется своя функции Уолша – Wj(64), одна из 64, что обеспечивает ортогональность сигналов логических каналов. Далее сигналы поступают на квадратурный фазовый модулятор. В его составе: А4 и А5 – фазовые модуляторы, А6

– устройство объединения сигналов, G2 – генератор СВЧ (или ПЧ) сигнала; фазовращатель на 2. В А4 и А5 выполняется разделение ШПС с помощью пары квадратурных ортогональных последовательностей – пилот-тона синфазного канала I и пилот-тона квадратурного канал Q:

ПСП пилот-тона синфазного канал

128

ПСП пилот-тона синфазного канала

( ) = + + + + + + + +1. (9.2)

Период повторения ПСП пилот-тона ТП = ТПСП/ВГ = 26,66 мс или 75 повторений каждые 2 с.

Выходные сигналы модуляторов квадратурных каналов суммируются в сумматоре А6 и попадаются на усилитель мощности (УМ), либо на преобразователь частоты и УМ и далее в антенну. Полоса частот излучаемого сигнала 1,25 МГц. На одной несущей передается 64 канала.

129

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе изложены основы теории формирования сигналов с импульсной и основными видами дискретной модуляции: амплитудной АМ, частотной ЧМ и фазовой ФМ. Приводятся и основные технические параметры: полоса частот, занимаемая сигналами, особенности их реализации, типовые структурные схемы модуляторов и принцип их работы, а также побочные эффекты, возникающие при формировании радиосигналов, методы ограничения спектра цифровых сигналов.

Излагается принципы преобразования непрерывного сигнала в цифровой код и основы технической реализации цифровой модуляции, приведены соответствующие диаграммы работы, дана оценка эффективности радиосигналов.

В работе приведены и основные соотношения, временные диаграммы и структурные схемы формирования радиосигнала с амплитудной, фазовой и квадратурно – фазовой цифровой модуляцией. Уделено внимание и формированию и многоуровневой модуляции: фазовой и квадратурно – фазовой. Дано и сравнение их основных параметров.

Приведены структурные схемы передатчиков цифровой мобильной связи и многоканальных систем связи с временным уплотнением, и формированием радиосигнала на выходной и промежуточной частотах. Дана сравнительная оценка эффективности устройств передачи сигналов с различными видами модуляции, кратко изложен принцип работы этих устройств и особенности реализации требования к их функциональным узлам.

Изложены и основы формирования сигнала с расширением спектра, временного и кодового разделения каналов.

130