Аналоговые и цифровые радиоприемные устройства

41

Аналитическое выражение, описывающее амплитудно-модулированное

(АМ) колебание имеет вид:

В технике радиосвязи используются также и такие разновидности АМ ко-

лебаний, как амплитудно-манипулированные колебания (АМн) с одной боковой составляющей, с частичной или полностью подавленной несущей.

Эффективная ширина спектра АМн определяется выражением

Fсп 0,8 n N [Гц],

где n – номер верхней реализуемой гармоники (обычно n =3).

N – скорость телеграфирования в стандартных пятибуквенных словах в ми-

нуту (N = 250 – 500 слов/мин).

Эффективная ширина спектра АМ сигнала с одной боковой и подавленной

Радиоимпульсное колебание. Частным случаем АМ сигнала является ра-

диоимпульс, используемый в системах передачи дискретных сигналов. В зави-

симости от решаемых задач предъявляются требования к форме сигнала для обеспечения формы сигнала. Эффективная ширина спектра

ческих системах обнаружения, и требования к форме не предъявляются, эффек-

тивная ширина спектра определяется выражением

Колебание с угловой модуляцией, модуляция в которых производится путём

изменения частоты несущей или её фазы, описывается выражением

или e t E0 e j t dt E0e j t ,

где t – текущее значение фазы несущей частоты сигнала.

При частотной модуляции (ЧМ) переход от временного к спектральному

представлению сложнее, чем при АМ модуляции. В простейшем случае синусо-

идальной частотной модуляции имеет вид

где – частотное отклонение или девиация частоты.

Форма ЧМ колебания во временной области имеет вид (Рис. 2. 9а), спек-

тральный вид (Рис. 2. 9 б). Процесс формирования колебания модуляционный вектор ортогонален вектору несущей и вызывает качание результирующего век-

тора с угловой девиацией при неизменной его величине (Рис. 2. 9в). При ма-

лом индексе модуляции спектр ЧМ-сигнала содержит не менее трёх составляю-

45

Тип модуляции ASK эффективно использует полосы частот, но подвер-

жена искажениям и при наличии шума недостаточно эффективна с точки зрения потребляемой мощности:

FSK – энергетически эффективна, но требует большую полосу частот.

PSK – обладает достоинствами в обоих случаях.

ASK/PSK – комбинация двух типов с эффективной полосой частот.

Модуляция PSK (Binary phase-shift keying) использует единственный сдвиг фазы между «0» и «1» — 180 градусов. Существуют и разновидности типов мо-

дуляции – QPSK и 8-PSK: QPSK использует четыре разных сдвига фазы (по чет-

верти периода) и кодирует два бита (01, 11, 00, 10), а 8-PSK использует 8 разных сдвигов фаз и кодирует 3 бита в символе.

Эффективная ширина спектра сигналов определяется частотным планом и требованиями международного комитета по радиочастотам [30] и зависит от по-

лосы обработки канала связи, определяемой по первому лепестку АЧХ спектра

[12].

2.6.3. Особенности формирования сигнала цифрового

эфирного телевизионного вещания

Цифровой телевизионный сигнал – информация об изображении и звуко-

вом сопровождении в переделах частотного плана (Таблица 2. 2). Для РФ принят стандарт эфирного телевизионного вещания DTV T2, определяющий структуру потока данных и систему кодирования и модуляции [33]. Способы модуляции основаны на одновременном использовании несущих частот с мультиплексиро-

ванием ортогональных частот (OFDM) или с кодовым мультиплексированием ортогональных частот (СOFDM). Основная идея заключается в передаче циф-

рового потока, передаваемого по нескольким каналам путём модуляции несу-

щих. Число этих несущих определяет скорость передачи информации на каждой отдельной несущей и сокращает время передачи одного символа, сделав эту пе-

редачу независимой от наличия отражённых сигналов, обусловленных «много-

лучевым» распространением радиоволн, характерной для городских условий.

46

Структура спектра цифрового телевизионного сигнала s(f), в пределах од-

ного частотного канала (Таблица 2. 2) содержит множество поднесущих (про-

грамм), определяемых параметрами модуляции (Рис. 2. 12).

f

Рис. 2. 12. Структура спектра цифрового телевизионного сигнала В стандарте эфирного вещания предусмотрены два режима модуляции

СOFDM, названные режимами 8К и 2К (Таблица 2. 13) [31].

Таблица 2. 13. Основные параметры системы СOFDM

Достоинством стандарта цифрового телевизионного вещания является вы-

сокое качество изображения и звука, увеличение числа программ в пределах од-

ного физического канала.

2.6.4.Особенности формирования сигналов телефонии GSM

Встандарте GSM применяется спектрально-эффективная гауссовская ча-

стотная манипуляция с минимальным частотным сдвигом (GMSK) при которой последовательность информационных бит до модулятора проходит через ФНЧ с характеристикой Гаусса, что даёт уменьшение эффективной ширины спектра,

составляющей 200 кГц. В стандарте GSM применяется GMSK-модуляция с вели-

чиной нормированной полосы В•Т = 0.3, где В – ширина полосы фильтра по

47

уровню минус 3 дБ, Т – длительность одного бита цифрового сообщения (Рис. 2.

13) [18, 19].

Рис. 2. 13. Квадратурный модулятор гауссовской частотной манипуляции с минимальным частотным сдвигом

Эффективная ширина спектра радиосигнала системы сотовой связи

GSM 900 и GSM 1800 определяется выражением [12]:

F 0,75 1 , (2. 21)

где α=0.3 – коэффициент скругления АЧХ спектра сигнала; Tb = 3.69 мкс – длительность бита информации.

Достоинством GMSK являются эффективное использование мощности пе-

редатчика в режиме класса С, имеющий компактный спектр.

2.6.5. Особенности формирования сигналов цифровых систем управ-

ления радиодоступом

Наиболее быстро развивающимся сегментом телекоммуникаций является беспроводная сеть (WiFi) и Bluetooth [26]. На практике используются различные типы модуляции, имеющие преимущества и недостатки. Диапазон и тип моду-

ляции, определяют физический уровень данных (PHY) и используют один диа-

пазон и один тип модуляции. Стандарт сетей 802.11 и его модификации для сетей

WiFi: 802.11a и 802.11b. Стандарт 802.11a работает в диапазоне 5ГГц со скоро-

48

стью передачи до 54Мбит/с, по технологии ортогонального мультиплексирова-

ния с разделением частот (OFDM), а стандарт 802.11b использует диапазон 2.4

ГГц со скоростью передачи до 11 Мбит/с.

В 2001 года Федеральной Комиссией по Коммуникациям Соединённых Штатов (FCC) приняты новые правила с дополнительной модуляцией в диапа-

зоне 2.4 ГГц, расширив стандарт 802.11b и увеличив скорость передачи данных

(Рис. 2. 14). Введён также новый стандарт 802.11g, со скоростью передачи дан-

ных до 54Мбит/с по технологии ODFM.

Рис. 2. 14. Диаграмма перекрытия частотных каналов WiFi в 2.4 GHz

В полосе частот WiFi 2.4GHz доступны 3 неперекрывающихся канала: 1, 6,

11 (Рис. 2. 15). Данное выделение строится на требовании IEEE по обеспечению минимума в 25MHz для разнесения центров неперекрывающихся частотных ка-

налов WiFi. При этом ширина канала составляет 22MHz.

Рис. 2. 15. Разнесения центров неперекрывающихся частотных каналов WiFi с шириной канала 22 MHz

Стандарт 802.11a имеет два преимущества перед стандартом 802.11b (Рис.

2. 16). Во-первых, это увеличенная скорость передачи данных по каналам связи,

а во-вторых, увеличение числа не перекрывающихся каналов. Диапазон 5 ГГц

49

состоит из трёх поддиапазонов: UNII1 (5.15 – 5.25 ГГц), UNII2 (5.25 – 5.35 ГГц)

и UNII3 (5.725 – 5.825 ГГц).

Рис. 2. 16. Разнесения центров неперекрывающихся частотных каналов WiFi с шириной канала 22MHz

При использовании одновременно двух поддиапазонов UNII1 и UNII2 воз-

никает до восьми непересекающихся каналов против трёх в диапазоне 2.4 ГГц.

Данный стандарт обладает большей доступной полосой пропускания и поддер-

живает большее число неконфликтных соединений.

Стандарт 802.11n использует технологии, повышающие скорость пере-

дачи до 300 Мбит/с, определяемая стандартом MIMO (Multiple Input Multiple Output), построенная на основе применения множества антенн, создающие мно-

жество информационных потоков. Стандарт работает в диапазонах 2.4 и 5 ГГц и совместим со всеми предыдущими стандартами.

Эффективная ширина спектра цифровых сигналов, в том числе и Bluetooth,

использующий FSK модуляцию, может быть определена выражением (2.21) с

учётом уточнения длительности бита информации, определяемой скоростью пе-

редачи данных принятого стандарта.

Эффективная ширина спектра радиосигналов систем спутниковой навига-

ции и позиционирования ГЛОНАСС и GPS определяется шириной лепестка спектра мощности PSK модуляции (Таблица 2. 12).

2.7. Электромагнитная совместимость и нелинейные искажения, воз-

никающие в линейном тракте радиоприёмника

При разработке радиоаппаратуры необходимо обеспечить требования, свя-

занные с вредным воздействием на окружающую среду и человека. Для контроля за качеством разработаны допустимые нормы индустриальных радиопомех уро-

вень поля и уровень напряжения.