3744

Иллюстрация входного восьмиразрядного сигнала (01011010), который поступает на модулятор КАМ-16, приведена на рис. 5.10. На рис. 5.10 стрелками показаны соответствующие рассматриваемые разряды.

Используя табл. 5.2 и входное воздействие, представленное на рис.5. 9 с помощью математического пакета Mathcad изобразим на рис.5.10 сигнал на выходе модулятора КАМ-16:

(5.6)

Спектр сигнала длительностью 5Тр после КАМ-16 модулятора приведен на рис. 5.11.

Рис. 5.11. Спектр сигнала на выходе КАМ модулятора

Спектр сигнала, длительностью 5Тр, имеет равномерный вид. Спектр получился достаточно широкий. Это связано с тем, что при его определении была взята ограниченная по

91

длительности пятиразрядная посылка. Если взять 270 восьмиразрядных посылок, ясно, что спектр сузится, т.к. чем длиннее сигнал во временной области, тем он уже его отображение в частотной области, и будет приближаться к

36.36МГц.

5.3.Оценка эффективности различных методов цифровой модуляции

При оценке эффективности рассмотренных методов манипуляции представляет интерес ширина полосы модулированного сигнала и вероятность битовых ошибок при

пропускания.

Следовательно, ширина полосы непосредственно связана со скоростью передачи битов. Приведенная формула также справедлива и для схемы PSK.

При использовании схемы FSK ширину полосы можно

где ∆ - смещение модулируемой частоты относительной несущей.

При использовании многофазной передачи сигналов MPSK можно добиться значительно более эффективного использования полосы

92

где L – число бит, закодированных в одной сигнальной посылке.

Число различных комбинаций сигнальных посылок определяется из формулы

= 2 . (5.10)

Для оценки уровня ошибок при передаче данных используется параметр, который равен отношению энергии сигнала на 1 бит плотности мощности шумов на 1 Гц .

На рис. 5.12 представлены зависимости вероятности

BPSK дают выигрыш около 3 дБ по сравнению с методами ASK и BFSK. На рис.5.13 представлены вероятности битовой

93

Рис. 5.12. Вероятность ошибок

для различных схем манипуляции: BPSK, DPSK, ASK,

BFSK

Рис.5.13 – Вероятность ошибок

для MPSK при различном числе уровней M

В заключении необходимо подчеркнуть, что

94

эффективность использования полосы при амплитудной и частотной манипуляций равны, а эффективность использования полосы при фазовой манипуляции выше. Значительно лучших результатов можно добиться при использовании многоуровневой передачи сигналов MPSK, однако, необходимо учитывать проигрыш по помехозащищенности (рис.5.13) при увеличении числа уровней M.

95

6 . СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ ЦИФРОВЫХ ПЕРЕДАТЧИКОВ

Передатчики цифровой радиосвязи имеют свои особенности: более широкие полосы, высокие требования к подавлению внеполосных излучений и ряд других.

6.1.Передатчики цифровых систем подвижной связи.

Впоследнее время широкое распространение получили цифровые методы передачи информации по каналам связи. Структурная схема передатчика цифровой связи приведена на рис. 6.1[14].

Рис. 6.1. Структурная схема мобильного передатчика

96

Здесь П – последовательно-параллельный преобразователь; Ф – фазосдвигающий блок модулятора; I и Q информационные входы квадратурного модулятора.

Архитектура передатчика цифровой связи во многом определяется расположением квадратурного модулятора в высокочастотном тракте. Модуляция может осуществляться на рабочих частотах передатчика, по промежуточной частоте. Кроме того, для повышения стабильности выходного сигнала модуляция может быть осуществлена с использованием системы фазовой синхронизации (кольца фазовой автоподстройки частоты).

Также, как в рассмотренной выше схеме, информация от источника сигнала поступает в информационный блок, где он преобразуется в цифровой вид с помощью импульснокодовой модуляции и передается в сигнальный процессор для выполнения всего комплекса процедур кодирования, перемежения, пакетирования и шифрования. Далее исходная информационная последовательность в виде логических нулей

иединиц подается на последовательно-параллельный

преобразователь (П). На его выходе формируется две информационные последовательности: синфазную I и квадратурную Q для реализации квадратурной модуляции. В синфазной I и квадратурной Q последовательностях скорость следования равна половине скорости в исходной информационной последовательности.

Квадратурные опорные сигналы получаются при использовании фазосдвигающего узла (Ф), формирующего два опорных ортогональных сигнала со сдвигом фазы на 90 градусов. Фаза выходного сигнала перемножителя в канале I может иметь значения 0 или 180, а в канале Q – 90 или 270 градусов. После суммирования этих сигналов на выходе

97

модулятора может быть получен модулированный сигнал с требуемыми параметрами, который подается на выход фазового детектора (ФД).

Опорным сигналом системы фазовой синхронизации служит, как и в предыдущей схеме, высокостабильный кварцевый генератор (ОГ).

Тракт усиления радиочастоты состоит из предварительного усилителя (ПУМ) и оконечного усилителя мощности (УМ). Далее следуют фильтр гармоник (ФГ), антенна (А).

Здесь необходимо отметить, что в общей схеме приемопередатчика имеется дополнительно устройство разделения трактов (дуплексер) приема и передачи для работы на одну антенну.

Передатчики базовых станций также строят по аналогичным схемам. Отличия состоят в конструктивном выполнении и реализации выходных усилителей мощности, фильтров гармоник и дуплексоров.

Процессоры обработки многоканальных сигналов в базовых станциях гораздо сложнее процессоров обработки сигнала одного канала в абонентской станции. Абонентские станции должны удовлетворять исключительно жестким ограничениям по массогабаритным показателям и потребляемой мощности.

6.2. Структурные схемы многоканальных цифровых передатчиков

Цифровые передатчики могут строиться по схемам с манипуляцией на выходной частоте и манипуляцией на промежуточной частоте с последующим переносом спектра в

98

рабочий диапазон. Схемы с манипуляцией на выходной частоте проще с малым числом уровней по сравнению со схемами с модуляцией на ПЧ. Многоуровневую манипуляцию предпочтительно формировать на ПЧ [15,16].

Достоинство схем с манипуляцией на ПЧ – унификация тракта ПЧ, поскольку формирование и усиление сигнала ПЧ производится на стандартной частоте (обычно 70 или 140 МГц).

Недостатки схемы с модуляцией на ПЧ: дополнительные искажения, вносимые трактом ПЧ в повышающем смесителе; необходимость установки дополнительных фильтров на выходе смесителя и худшие энергетические характеристики (при мощности передатчика в несколько ватт).

Выбор структурной схемы цифрового передатчика зависит также и от диапазона рабочих частот. В диапазоне УВЧ (при прочих равных условиях) проще реализовать схему с модуляцией на выходной частоте, а в диапазоне СВЧ – на промежуточной частоте.

Структурная схема передатчика радиорелейной связи с манипуляцией на выходной частоте приведена на рис. 6.2.

Цифровой информационный сигнал (ЦИС) поступает на клеммы «Вход ЦИС» и далее на формирователь сигналов манипуляции (ФСМ). Сигналы с выхода ФСМ подаются на фазовый манипулятор (ФМ). Выходной ФМ сигнал усиливается в блоке УМ и через полосовой фильтр, ограничивающий полосу усиливаемых частот, передается в антенную систему. Для согласования отдельных функциональных узлов на несущей частоте и поглощения отраженных волн передатчика использованы циркуляторы Ц1,

Ц2, Ц3.

Для организации служебного канала имеется отдельный вход служебного канала – «Вход СК». Для передачи информации по СК используется частотная манипуляция непосредственно в автогенераторе.

99

Особенности схемной реализации отдельных блоков. Автогенератор может быть выполнен на полевых или биполярных транзисторах (УВЧ или СВЧ диапазона), диодах Гана или ЛПД (диапазон СВЧ).

Рис. 6.2. Структурная схема цифрового передатчика сформированием радиосигнала на несущей частоте

Его выходная мощность – 50…100 мВт, а выходная частота стабилизируется высокостабильным резонатором. Циркуляторы, как правило, используются в диапазоне СВЧ (вследствие малых габаритов). Однако появились и микрополосковые циркуляторы диапазона УВЧ и даже в диапазоне ОВЧ с вносимым затуханием не более 0,3…0,4 дБ. К АЧХ полосового фильтра предъявляются высокие требования: так, при полосе пропускания 40 МГц и плоской вершине ее спад на границах полосы пропускания при отстройке ±20 МГц не более 3…4 дБ, при отстройке ±26 МГц

– 40 дБ, а при больших – не менее 50 дБ. Фильтр должен иметь высоко линейную ФЧХ и стабильные параметры в течение длительного времени.

Схема передатчика формированием радиосигнала на ПЧ приведена на рис. 6.3.

Схема состоит из тракта предварительной обработки ЦИС, передающей части модема (тракта ПЧ), включающего манипулятор, схему манипуляции на ПЧ, усилителя

100