Методы модуляции в стандарте GSM
Информация - Компьютеры, программирование
Другие материалы по предмету Компьютеры, программирование
олу начальная фаза колебаний несущей частоты скачком изменяется на величину Dj, которая определяется битами символа в соответствии с алгоритмом, приведенным в табл. 1.
Таблица 1. - Закон фазовой манипуляции метода p / 4 DQPSK
Биты входной последовательности модулятораИзменение фазы Djk = Djk (XkYk)Нечетные (первые биты символа) Xk Четные (вторые биты символа) Yk 1 0 0 11 1 0 0- 3p / 4 3p / 4 p / 4 - p / 4
Фазовая диаграмма, соответствующая этому методу, представлена на рис. 1. Кружочками обозначены дискретные значения, которые может принимать фаза несущей, отсчитываемая от некоторого начального значения. Стрелками указаны возможные переходы между разрешенными значениями фазы. Горизонтальная ось координат соответствует синфазной составляющей сигнала (Inphase - I), а вертикальная - квадратурной составляющей (Quadrature - Q).
Рис. 1. - Фазовая диаграмма (фазовое созвездие - phase constellation),
соответствующая методу p / 4 DQPSK
Эта фазовая диаграмма фактически состоит из двух диаграмм обычной квадратурной фазовой манипуляции. Фазовые состояния одной помечены серыми кружочками, а другой - пустыми кружочками. Эти диаграммы сдвинуты относительно друг друга на угол p / 4. При переходе от одного символа к другому происходит изменение фазы от одного из состояний первой диаграммы к одному из состояний второй диаграммы, а при переходе к следующему символу происходит возврат к предыдущей диаграмме, но скорее всего не к прежнему фазовому состоянию. Результирующий выходной сигнал модулятора является суммой колебаний в квадратурных каналах.
u(t) = IkCos w0t + QkSin w0t = Cos jkCos w0t + Sin jkSin w0t =
= Cos (w0t + jk)
Это общая идея получения выходного сигнала с изменяющейся начальной фазой ВЧ колебаний с помощью квадратурных сигналов. Практических же способов реализации модуляторов может быть огромное количество, поэтому здесь (см. рис. 2) приводится лишь общая блок схема модулятора
Рис. - 2. Блок схема модулятора p / 4 DQPSK
В стандарте GSM используется другой вид модуляции - гауссовская манипуляция с минимальным сдвигом (Gaussian Minimum Shift Keying - GMSK). Этот метод представляет собой частотную манипуляцию, при которой несущая частота принимает дискретные значения через интервалы времени, кратные периоду Т битовой модулирующей последовательности. Используются две дискретные частоты несущей f0:
fн = f0 - F/4
fв = f0 + F/4
где F = 1/Т - частота входной битовой последовательности. Получаемый разнос частот D f = =fв - fн = F/2 - это минимально возможный разнос, при котором обеспечивается ортогональность колебаний частот fв и fн на интервале Т длительности одного бита. При этом за интервал Т между колебаниями частот fв и fн набегает разность фаз, равная p. Таким образом, термин минимальный сдвиг в названии метода модуляции относится к минимально возможному сдвигу частоты несущей.
Модуляция несущей непосредственно прямоугольными импульсами битовой последовательности приводит к довольно широкому спектру частот, занимаемому в эфире радиосигналом. Более узкий спектр получается при модуляции сглаженными импульсами. Потому модулирующую битовую последовательность вначале пропускают через сглаживающий узкополосный гауссовский фильтр, чему и соответствует термин гауссовская в названии метода модуляции. Именно эта дополнительная фильтрация отличает метод GMSK от метода MSK (Minimum Shift Keying - манипуляция с минимальным сдвигом).
Метод MSK иногда рассматривают как метод квадратурной фазовой манипуляции со смещением (OQPSK), но с заменой прямоугольных модулирующих импульсов длительности 2Т полуволновыми отрезками синусоид или косинусоид. Рассмотрим сначала метод MSK, а затем отметим отличия, возникающие за счет дополнительной гауссовской фильтрации.
В методе MSK входная битовая последовательность разбивается на две последовательности, состоящие соответственно четным и нечетным импульсам. Модулированный выходной сигнал модулятора на протяжении очередного n-го бита определяется выражением, зависящим от состояния текущего n-го и предшествующего (n-1)- го бита:
u(t) = Cos(pt / 2T)Cos w0t Sin(pt / 2T)Sin w0t = Cos(w0t pt / 2T),
(n-1) T t nT
Отсюда следует, что текущая фаза модулированного сигнала:
j(t) = w0t pt / 2T
За период следования входных битов Т набег фазы составит:
Dj = p / 2,
а мгновенная частота, как производная от фазы
w(t) = d [j(t)] / dt = w0 p / 2T = 2p (f0 F / 4),
т.е. мгновенная частота принимает одно из двух значений fв или fн. Эта частота постоянна на протяжении бита. Изменение знака перед синусами в выражении для модулированного сигнала означает переход с одной частоты на другую. Изменение общего знака перед выражением модулирующего сигнала, эквивалентное изменению начальной фазы несущей на p, позволяет сохранить непрерывность фазы колебаний при изменении частоты.
Выбор знака в модулированном сигнале определяется алгоритмо?/p>