2.11. Цифровые сигналы с малым уровнем внеполосных излучений и оптимальными спектральными характеристиками

В последнее время все большее распространение получают цифровые сигналы имеющие минимально возможную ширину спектра и минимальный уровень внеполосных излучений. Это достигается, если в ходе манипуляции (например, АНн, ЧМн или ФМн) используются более плавные, чем обычно, модулирующие функции. Однако, это ведет к заметному ухудшению помехоустойчивости сигнала.

Более приемлемые спектральные характеристики и характеристики помехоустойчивости имеют, например, частотно-манипулированные сигналы с непрерывной фазой (без разрыва фазы) и минимальным сдвигом (частотным сдвигом) или так называемые сигналы с ЧМнМС.

Частотно манипулированный сигнал с минимальным сдвигом (ЧМнМС) обладает наилучшими спектральными характеристиками из всех возможных ортогональных сигналов.

Представим ЧМн радиосигнал в виде:

s₁(t) = A_о cos[₁ t + (0)] при  = 0 ,

s₂(t) = A_о cos[₂ t + (0)] , при  = 1, 0  t  T , (3.41)

где (0) = (t=0) – фаза сигнала в конце предыдущего сигнального интервала, причем случайные фазовые флюктуации не учитываются.

На рис.3.23 представлена ось частот, откуда понятно, что

(3.42)

Индекс частотной манипуляции соответственно можно представить как

(3.43)

Рис.3.23. Ось частот

С учетом (3.43) выражения (3.42) примут вид:

(3.44)

что позволяет представить (3.41) следующим образом:

(3.45)

Здесь: (t) = (0)  t/T является непрерывной функцией времени; знак плюс соответствует передаче символа  =1, знак минус – символа  =1. Пример реализации функции (t) приведён на рис.3.24.

Рис.3.24. Реализация фазы (t) ЧМнМС

При индексе частотной манипуляции обеспечивается минимальный частотный разнос, при котором еще выполняется условие ортогональности сигналовs₁(t) и s₂(t). Частотно манипулированные сигналы с минимальным сдвигом позволяют достичь помехоустойчивости ОФМн сигналов при существенном снижении уровня внеполосного излучения. С точки зрения обеспечения необходимого уровня помехоустойчивости необходимо выбирать =0,715. Скорость убывания спектральной плотности ФМн радиосигнала обратно пропорциональна квадрату частоты f ², а для ЧМнМС радиосигнала – f ⁴. Дальнейшего сужения спектра можно добиться путем более плавного изменения фазового набега. Если фазовый набег сделать в виде синусоиды (рис.3.24), то спектр такого сигнала будет убывать пропорционально 1/f ⁸. Такой сигнал называют синусоидальным ЧМнМС (СЧМнМС).

Возможны также и другие спектрально-эффективные виды манипуляции. Например, в системе GSMпри формировании сигнала используется гауссовская частотная манипуляция с минимальным частотным сдвигом. При формировании такого сигнала последовательность информационных бит до модулятора проходит через ФНЧ с гауссовской АЧХ, что дает значительное уменьшение ширины полосы частот сигнала. На интервале одного бита фаза несущей изменяется на.

Заключение

Таким образом, в лекции рассмотрены вопросы приема цифровых радиосигналов. Применение на практике описанных выше методов приема сигналов с различными видами манипуляции позволяют унифицировать элементную базу техники связи и передачи данных. Развитие вычислительной техники в значительной степени облегчает реализацию оптимальных и квазиоптимальных алгоритмов приема цифровых сигналов.