Гауссовская частотная модуляция с минимальным сдвигом.
ММС сигнал имеет постоянную огибающую и занимает меньшую полосу частот, чем сигнал с обычной частотной манипуляцией. Однако для многих приложений спектр ММС сигнала все еще остается достаточно широким. Основная причина этого состоит в том, что его фазовые траектории хотя и непрерывны, но являются ломаными линиями, так что их первая производная по времени оказывается разрывной. Сглаживание этих фазовых траекторий является одним из возможных путей дальнейшего уменьшения ширины спектра ММС сигнала. Достигается данный эффект использованием дополнитель
38
ной фильтрации модулирующего сигнала до его переноса на высокую частоту.
На рис. 20 представлена функциональная схема устройства формирования сигнала с гауссовской модуляцией с минимальным сдвигом (ГММС сигнал). Новым элементом в данной схеме является гауссовский фильтр низкой частоты (ГФНЧ) с импульсным откликом и амплитудно-частотной характеристикой, определяемыми следующими равенствами:
где В - ширина полосы пропускания фильтра на уровне -3 дБ.
На выходе ГФНЧ отклик на каждый импульс подпоследовательности определяется как свертка прямоугольного импульса на входе и импульсной характеристики фильтра:
Рис. 20. Функциональная схема устройства формирования
ГММС сигнала
39
Здесь
При
длительность
импульсного отклика фильтра примерно
равна длительности одного импульса на
входе фильтра и сглаживание формы
импульса оказывается незначительным.
При уменьшении полосы пропускания В
отклик
на одиночный импульс приближается к
гауссовской кривой и имеет более
компактный спектр; в результате фазовые
траектории не имеют изломов. Если полоса
В
неограниченно
увеличивается, то форма отклика
приближается к форме одиночного импульса.
В пределе при
можно считать, что фильтр отсутствует,
а схема формирует ММС сигнал. При
практическом построении устройства
формирования ГММС сигнала основные
операции
формирования сигнала могут быть выполнены с помощью цифровых элементов, которые на рис.20 обведены
пунктирной линией; только преобразование частоты выполняется аналоговыми устройствами. Наиболее сложным элементом этой схемы является гауссовский фильтр низкой частоты. Обычно он реализуется как цифровой фильтр с конечной импульсной характеристикой. Значительная доля операций при этом может быть выполнена специализированным процессором.
Рис. 21. Элементы устройства формирования ГММС сигнала
Гауссовская ММС обеспечивает достаточно высокую спектральную эффективность системы связи и широко используется в современных системах связи с подвижными объектами. В частности, в сис
40
темах
сотовой связи стандарта GSM
при
и
в системах цифровой бесшнуровой связи
европейского стандарта DECT
при
.
Эта функциональная схема устройства
формирования ГММС сигнала используется
также в системах связи стандарта
PCS-1900.
На рис. 21 более детально представлены некоторые элементы данного устройства. Пунктирной линией обведены аналоговые устройства.
Домашнее задание
Изучить
теоретическую часть работы, описание
генератора сигналов NI
PXI
– 5671, мотодички
и
или соответствующие разделы в
и
.
Лабораторное задание
Набрать схему частотного манипулятора с минимальным сдвигом (рис. 22).
Схема модулятора MSK очень похожа на предыдущую схему (DQPSK), т.к. в обоих принципах модуляции необходимо производить деление модулирующей последовательности на четные и нечетные биты, а также использовать линии задержки.
Отличие лишь в том, что в MSK используется частотная модуляция, а точнее манипуляция с минимальным сдвигом. И теперь битовая последовательность управляет не фазой, а частотой, точнее знаком перед косинусом и знаком перед девиацией частоты (12). Эти знаки связаны со значениями четных и нечетных битов так же, как и в предыдущей схеме. В остальном принцип работы тот же.
Для контроля кодирующего блока вместо графика текущей фазы взяты графики значений коэффициентов при косинусе и девиации.
41
Рис. 22. Блок – схема модулятора MSK
Зарисовать осциллограмму в контрольных точках модулятора
42
Содержание отчета
Функциональная схема экспериментальной установки; диаграммы в контрольных точках, полученные при выполнении лабораторного задания; анализ полученных результатов.
Контрольные вопросы и задания
Как влияет изменение огибающей на помехоустойчивость модулятора?
Что позволяет использовать сигнал с постоянной огибающей?
В чем преимущество и недостатки частотной манипуляции по сравнению с фазовой?
Объясните алгоритм двоичной частотной манипуляции.
Изобразите функциональную схему формирователя частотно-манипулированного сигнала.
Как определяется индекс частотной модуляции?
Нарисуйте фазовую решетку и фазовую траекторию частотно манипулированного сигнала с непрерывной фазой.
Как определяется частотная манипуляция с минимальным сдвигом?
Какой алгоритм обычно используют для формирования ММС сигнала?
Нарисуйте функциональную схему формирования ММС сигнала.
В каких системах применят ММС сигналы?
Что означает гауссовская частотная манипуляция с минимальным сдвигом?
Нарисуйте функциональную схему формирователя сигнала с гауссовской частотной манипуляцией.
Какие особенности построения устройств формирования ГММС сигналов?
Перечислите типичные элементы устройства формирования ГММС сигнала.
Дайте определения основным типам данным в Lab VIEW.
Как конструируются последовательности и условия в
Lab VIEW?
Формульные конструкции в Lab VIEW.
Приведите пример создания виртуального прибора.
43
Как осуществляется моделирование измерительных преобразователей?
Как осуществляется соединение блоков и редактирование связей?
Дайте определение задачи моделирования.
Литература
Макоева М.М., Шинаков Ю.С., Системы связи с подвижными
объектами: учеб. пособие для вузов. – М.: Радио и связь,
2002. – 440 с.
Ратынский М.В., Основы сотовой связи. – М.: Радио и связь, 1998. – 248 с.
Кехтарнаваз Н., Ким Н., Цифровая обработка сигналов на системном уровне с использованием Lab VIEW. – М.: Изд. дом, «Додэка-XXI», 2007. – 304 с.
Федосов В.П., Нестеренко А.К., Цифровая обработка сигналов на системном уровне с использованием Lab VIEW. - М.: ДМК Пресс, 2007. – 472 с.
Виноградова Н.А. и др., Разработка прикладного программного обеспечения в среде Lab VIEW. – М.: Издательство МЭИ, 2005. – 47 с.
Алексеев В.В. и др., Построение измерительных каналов с применением среды графического программирования Lab VIEW. – С – Пб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2001. – 32 с.