Проектирование РПУ мобильного терминала системы цифровой сотовой связи стандарта GSM-1800
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
?ия абонента и идентификация абонентского оборудования по криптографичеким алгоритмам;
Закрытый от прослушивания радиоинтерфейс;
Использование служб коротких сообщений SMS (Short Message Services), предаваемым по каналам сигнализации;
Автоматический роуминг абонентов различных сетей GSM в национальном и международном масштабах;
Межсетевой роуминг абонентов GSM с абонентами сетей стандартов DCS 1800, PCS 1900, а также со спутниковыми сетями персональной связи (Globalstar, Inmarsat-P, Iridium).
В соответствии с рекомендациями CEPT стандарт GSM-1800 цифровой общеевропейской сотовой системы наземной мобильной связи предусматривает работу передатчиков в двух диапазонов частот:
Полоса частот 1710..1785 МГц - для передачи сообщений с мобильной станции на базовую;
Полоса частот 1805..1880 МГц - для передачи сообщений с базовой станции на мобильную.
1. GMSK-модуляция
GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) - гауссовская модуляция (точнее манипуляция) с минимальным частотным сдвигом (shift keying - манипуляция переключения сдвигом или переключения скачком), используемая в стандарте GSM, по сути есть не что иное, как двоичная цифровая частотная модуляция (ЧМ с гауссовской предварительной фильтрацией (полоса гауссовского фильтра равна В = 81,3 кГц).
Как известно, частотная модуляция является наиболее часто используемым видом аналоговой модуляции. Для передачи данных была разработана цифровая ЧМ, известная как частотная манипуляция FSK (Frequency Shift Keying). Индекс модуляции систем FSK может быть установлен заранее и определяет режим узкополосной или широкополосной передачи. Для демодуляции большого класса сигналов с FSK могут использоваться простые некогерентные демодуляторы. Однако для таких демодуляторов необходимо более высокое отношение мощностей несущая/шум (CNR -Carrier-to-Noise-Ratio), чем для систем с когерентной демодуляцией.
Если в передатчике частотная девиация осуществляется согласно выражению [1]:
[1]
где Тb - длительность бита входной цифрой последовательности (при
mчм=?fppТь=1/2),
то можно реализовать когерентную модуляцию/демодуляцию сигналов с минимальным частотным сдвигом MSK (Minimum Shift Keying).
На рисунке 1 показана возможность получения частотной модуляции с помощью частотного генератора, управляемого напряжением (ГУН).
Рис. 1. Частотная модуляции с помощью частотного генератора, управляемого напряжением (ГУН)
Модулятор ЧМ, использующий ГУН с девиацией частоты, определяемой по формуле [1], - возможный вариант формирования радиосигналов с MSK.
Логическому состоянию 1 соответствует частота f2, а логическому состоянию 0 (уровень напряжения цифровых данных Uo = -1 В) - частота f1.
Девиация частоты для когерентной FSK определяется выражением [1], при этом между передаваемыми частотами и битовой скоростью необходимо обеспечить соотношение когерентности, которому соответствует индекс частотной модуляции, определяемый выражением [2]:
[2]
Как следует из названия модуляции GMSK, по сути термин гауссовская соответствует дополнительной фильтрации спектра модулирующей битовой последовательности относительно узкополосным гауссовским фильтром, имеющим отклик на прямоугольные импульсы при ВТЬ = 0,3 (рисунок 2).
Рис. 2. Отклик g(f) гауссовского фильтра на прямоугольный импульс при значении ВТЬ = 0,3:
В - полоса гауссовского фильтра на уровне 3 дБ, Tb - длительность бита)
Итак, гауссовский узкополосный фильтр, используемый в модуляции GSMK стандарта GSM, имеет параметры; произведение полосы на длительность одного бита равно - ВТb = 0,3. При ВТb =>?, данное значение соответствует MSK. Меньшие значения BTb приводят к более компактному спектру, но и к увеличению уровня искажений.
Поэтому значение ВТb = 0,3 было выбрано из компромиссных соображений: достаточно высокая спектральная эффективность (то есть эффективность использования полосы частот В, (бит/с)/Гц, которая для GSM равна 1,35) и требуемая характеристика вероятности ошибки на бит (то есть величины BER - пороговой вероятности ошибки на бит), которая для кодеков адаптивной дельта-модуляции может допускать значения BER ? 10-2, а для системы с ИКМ-BER ? 10-4
Для более детального изучения метода модуляции GSMK рассмотрим метод MSK, а потом учтем влияние гауссовского фильтра на результирующий модулирующий сигнал.
2. Метод MSK
Метод MSK обычно рассматривают как метод квадратурной фазовой манипуляции со смещением OQPSK (Offset Quadrature Phase Shift Keying), но с заменой (в MSK) прямоугольных модулирующих импульсов [(длительностью 2Тb) в OQPSK] на полуволновые отрезки синусоид или косинусоид (длительностью также 2Тb).
Рассмотрим структурную схему модема (модулятор/демодулятор) MSК, приведенную на рис. 3.
Рис. 3. Схема модема MS
Безусловно следует отметить, что в схеме (рис. 3) используются следующие обозначения:
- перемножитель (балансный модулятор или сигнальный процессор);ГЧ - генератор немодулированной несущей частоты (f0);
ФВ на 90 - фазовращатель на 90;
- сумматор, реализующий суммирование (точнее вычитание) двух членов выражений (6); ФИ - формирователь импульсов; ВС - входной сигнал.
3. Модулятор MSК
1.Получим квадратурное представление сигналов FSK применительно к MSK.
Частотно-манипулированный сигнал Sfsk(t) можно рассматривать как гармонический сигнал (синусоидальный или косинусоидальный), частота которого может принима