Разработка функциональных узлов цифровой системы передачи
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
фильтра определяли исходя из условия, что переходный процесс фильтра должен был закончиться до момента принятия решения о переданном сигнале в отсчетной точке. Затем Найквист предложил вариант, когда переходный процесс фильтра продолжается в течение времени передачи нескольких последующих передаваемых символов. Единственное условие, которое он наложил на переходную характеристику такого фильтра, это то, что она должна обращаться в ноль в моменты принятия решения (отсчетные точки). На поведение сигнала во всех остальных точках мы не обращаем внимания.
Фильтры, обладающие такой переходной характеристикой, получили название фильтров Найквиста. Подобной характеристикой обладает идеальный фильтр низкой частоты. Частотная характеристика этого фильтра приведена на рисунке 1.13.
Рисунок 1.13 - Частотная характеристика идеального фильтра низких частот
Импульсная характеристика данного фильтра описывается функцией sin x/x, которая обращается в ноль с периодом передачи символов Tс. Известно, что подобный фильтр нереализуем, но можно задаться задержкой сигнала в данном фильтре и ограничить импульсную характеристику по времени. Подобная импульсная характеристика приведена на рисунке 1.14.
Рисунок 1.14 - Импульсная характеристика идеального фильтра низких частот
В результате ограничения импульсной характеристики по времени, в частотной характеристике фильтра появляются всплески в полосе задерживания. Известно, что эти всплески могут быть значительно уменьшены при умножении импульсной характеристики на весовое окно, однако наибольшее распространение в системах передачи данных получил фильтр Найквиста, частотная характеристика которого описывается следующей формулой:
(1.1.10)
где a - называется коэффициентом скругления частотной характеристики фильтра Найквиста. График частотной характеристики фильтра Найквиста при a=0,3 приведен на рисунке 1.15.
Рисунок 1.15 - Частотная характеристика фильтра Найквиста
Импульсная характеристика фильтра Найквиста тоже обращается в ноль в моменты принятия решения (в отсчетных точках). Импульсная характеристика фильтра Найквиста при a=0,3, приведена на рисунке 1.16.
Рисунок 1.16 - Импульсная характеристика фильтра Найквиста
За счет воздействия характеристики фильтра Найквиста на сигнал появляется паразитная амплитудная модуляция, однако при попытке ограничить этот сигнал по амплитуде, его спектр немедленно расширится. Пример временной диаграммы двухуровневой фазовой манипуляции сигнала приведен на рисунке 1.17.
Рисунок 1.17 - Временная диаграмма двухуровневой фазовой манипуляции сигнала c ? = 0.6
В результате появления дополнительной амплитудной модуляции усилитель мощности радиосигнала требуется проектировать с более жесткими требованиями по нелинейным искажениям по сравнению с усилителем сигналов с постоянной амплитудой. Это, в свою очередь, ведет к уменьшению к.п.д. усилителя мощности и увеличению массогабаритных параметров всего устройства в целом. Следует отметить, что двухуровневая фазовая манипуляция обладает самой высокой помехоустойчивостью.
Рисунок 1.18 - Теоретическая частота битовых ошибок для различных схем кодирования.
Квадратурная амплитудная модуляция
Квадратурная амплитудная модуляция (КАМ) является популярным методом аналоговой передачи сигналов, используемым в некоторых беспроводных стандартах. Данная схема модуляции совмещает в себе амплитудную и фазовую модуляции. В методе КАМ использованы преимущества одновременной передачи двух различных сигналов на одной несущей частоте, но при этом задействованы две копии несущей частоты, сдвинутые относительно друг друга на 90. При квадратурной амплитудной модуляции обе несущие являются амплитудно-модулированными. Итак, два независимых сигнала одновременно передаются через одну среду. В приемнике эти сигналы демодулируются, а результаты объединяются iелью восстановления исходного двоичного сигнала. В общих чертах модуляционная схема КАМ показана на рисунке 1.19. Со скоростью R бит/с на вход поступает поток двоичных цифр. Этот поток разбивается на два потока (биты попеременно распределяются по двум отдельным потокам), передаваемых со скоростью R/2 бит/с каждый. Обратимся к рисунку: верхний поток модулируется на несущей частоте fc с использованием схемы амплитудной манипуляции, для чего двоичный поток умножается на несущую. Таким образом, двоичный нуль представляется отсутствием несущей волны, а двоичная единица - наличием несущей волны постоянной амплитуды. Для модулирования нижнего потока та же несущая волна смещается на 90, после чего вновь используется схема амплитудной манипуляции. Затем два модулированных сигнала складываются и передаются вместе. Суммарный переданный сигнал можно записать следующим образом:
КАМ s(t) = d1(t)cos(2pfct) + d2(t)sin(2pfct). (1.1.11)
Рисунок 1.19 - Модулятор КАМ
При использовании двухуровневой амплитудной манипуляции каждый из двух потоков может находиться в одном из двух состояний, а объединенный поток - в одном из 2х2=4 состояний. При использовании четырехуровневой манипуляции (т.е. четырех различных уровней амплитуды) объединенный поток будет находиться в одном из 4х4 = 16 состояний. Чем больше число состояний, тем выше скорость передачи данных, возможная при определенной ширине полосы. Разумеется, как указ