МОДЕЛЬ ФИЗИЧЕСКОГО УРОВНЯ СИСТЕМЫ РАДИОДОСТУПА (М)
Если фаза изменяется не скачками, а имеет место быть гладкое (плавное) изменение фазы, то можно рассмотреть фазовую модуляцию как частотную.
Запишем аналитическое выражение, которое показывает связь между частотой и фазой:
Частота несущего колебания является параметром, значение которого должно изменяться в зависимости от модулирующего сигнала.
МОДЕЛЬ ФИЗИЧЕСКОГО УРОВНЯ СИСТЕМЫ РАДИОДОСТУПА (М)
Разновидности частотной манипуляции:
FSK(ЧМ) – модуляция (частотная манипуляция, Frequency Shift Keying)
MSK(ММС) – частотная манипуляция с минимальным сдвигом (применяются в спутниковых системах связи , военных системах, на очень низких частотах для гидроакустической связи)
GMMS (ГММС) – гауссовская модуляция с минимальным сдвигом (в стандарте 2- го поколения GSM)
МОДЕЛЬ ФИЗИЧЕСКОГО УРОВНЯ СИСТЕМЫ РАДИОДОСТУПА (М)
ЧМ радиосигнал можно представить так:
Существует два способа формирования ЧМ радиосигнала:
с разрывом фазы частотно-модулированного сигнала между двумя соседними битами (не желательное свойство радиосигнала т.к. приводит к расширению спектра в радиоканале)
с непрерывно изменяющейся мгновенной фазой частотно- модулированного сигнала между двумя соседними битами
МОДЕЛЬ ФИЗИЧЕСКОГО УРОВНЯ СИСТЕМЫ РАДИОДОСТУПА (М)
в первом случае происходит коммутация сигналов от двух независимых генераторов гармонических колебаний (разрыв фазы происходит в момент переключения генераторов)
ЧМ сигнал с разрывной фазой можно представить так:
Разрыв фазы не желательное свойство радиосигнала т.к. приводит к расширению спектра в радиоканале. Данный способ модуляции в системах связи с подвиж
МОДЕЛЬ ФИЗИЧЕСКОГО УРОВНЯ СИСТЕМЫ РАДИОДОСТУПА (М)
- во втором случае используется один генератор несущего колебания, мгновенная частота которого изменяется в соответствии с изменениями модулирующего сигнала.
Если при формировании частотно-манипулирования сигнала, модулирующий
сигнал является цифровым и принимает всего два значения, то радиосигнал запишем как:
.
МОДЕЛЬ ФИЗИЧЕСКОГО УРОВНЯ СИСТЕМЫ РАДИОДОСТУПА (М)
Основной элемент модулятора это генератор гармонического несущего колебания, частота которого может управляться напряжением модулирующего сигнала (ГУН- генератор управляемый напряжением).
Полосовой фильтр ослабляет внеполосные гармонические колебания,
которые возможны из-за нелинейности динамической характеристики усилителя.
u(t) – последовательность прямоугольных импульсов – и + полярности, амплитуды которых выбираются так, чтобы обеспечить требуемое значение индекса частотной манипуляции - h
C(t)=u(t); = Ам(t)
МОДЕЛЬ ФИЗИЧЕСКОГО УРОВНЯ СИСТЕМЫ РАДИОДОСТУПА (М)
На фазовой решетке изображена жирной линией фазовая траектория – отклонение мгновенной фазы сигнала от текущей фазы немод. несущ. колебания. Траектория соответствует последовательности импульсов + и
– полярности.
Отрезки с +значением производной этой траектории по времени соответствуют более высокой частоте, и на оборот. fв= f0-∆f; fн= f0-∆f. Найдем смещение ∆f, зная что
Найдем производную по времени от текущей фазы: далее: Для =+1 частота несущего колебания равна , для =-1 Найдем индекс частотной манипуляции: = 2
В момент времени t=Tc отклонение фазы радиосигнала от фазы немодулированного несущ. колеб-я равно:
в результате ЧМ сигнал с непрерывной фазой на втором интервале времени 2Тс можно записать = t 2Т2.
Фазовая траектория ЧМ сигнала с непрерывной фазой
МОДЕЛЬ ФИЗИЧЕСКОГО УРОВНЯ СИСТЕМЫ РАДИОДОСТУПА (М)
Рассмотрим частотную манипуляцию с минимальным сдвигом MSK (ММС)
Частотная манипуляция с минимальным сдвигом является частным случаем ЧМ с непрерывной фазой. Особенность этого метода в том, что приращение фазы несущего колебания в зависимости от символа на интервале времени Тс всегда равно либо +90 либо -90 градусов. Фаза к концу импульса равна либо φ0+90 либо φ0-90 .
Т.к. фаза несущего колебания увеличивается или уменьшается линейно ,отклоняясь от фазы немодулированного колебания, то мгновенная частота радиосигнала будет изменяться скачками.
Сигнал ММС может быть сформирован с помощью квадратурной схемы.
МОДЕЛЬ ФИЗИЧЕСКОГО УРОВНЯ СИСТЕМЫ РАДИОДОСТУПА (М)
1. Последовательность импульсов принимающих значения +1 и -1 разбивается на подпоследовательности четных и нечетных символов
2. Формируются квадратурные компоненты модулирующего сигнала.
3. Сформируем сигнал
4. Запишем значение огибающей в произвольный момент:
5. Определим общую фазу (отклонение фазы радиосигнала от фазы нес. кол. является линейным приращением на 90 градусов на интервале Тс)
Для узкополосного сигнала для любого интервала времени имеет значение +1 или -1, а именно =
В зависимости от значения произведения символов при t=Tc значение приращения фазы будет +90 или -90
МОДЕЛЬ ФИЗИЧЕСКОГО УРОВНЯ СИСТЕМЫ РАДИОДОСТУПА (М)
Запишем рекуррентное выражение для представления ММС сигнала на последовательности временных интервалов длительностью Тс , на произвольном интервале выражение буде такое.
=
t Тc.
С
ГММС |
(GMSK) — |
это |
Гауссовская |
|
модуляция с минимальным сдвигом по |
||||
частоте. Является частным случаем ММС- |
||||
частотной манипуляции с минимальным |
||||
сдвигом (имеет сигнал с постоянной |
||||
огибающей, |
занимает меньшую полосу |
|||
чем сигнал с |
ЧМ), но все еще широкий |
|||
т.к фазовая траектория ломанная линия |
||||
1-ая производная по времени имеет |
||||
разрыв. В ГММС применяется доп. |
||||
фильтрация |
для |
еще |
большего |
|
уменьшения полосы сигнала. |
|
|||
GMSK позволяет обеспечить максимальную скорость передачи в заданной полосе частот при постоянном уровне несущей частоты.