676_Noskova_N.V._Izuchenie_funktsionirovanija_setej_
.pdf
сигналов на выходе, приведены в таблице 3.4. Алгоритм работы ЦАП составлен |
в соответствии с кодом Грея [8]. |
d1 |
d2 |
d3 |
d4 |
d5 |
d6 |
i1 |
i2 |
i3 |
q1 |
q2 |
q3 |
7 |
Is(t) |
5 |
3 |
1 |
1 |
3 |
5 |
7 |
7 |
Qs (t) |
5 |
3 |
1 |
1 |
3 |
5 |
7 |
Рисунок 3.15 - Временные диаграммы работы модулятора 64-КАМ |
61
|
6 |
|
|
|
|
4 |
|
|
|
f1(t1) |
2 |
|
|
|
f2(t2) |
0 |
|
|
|
f3(t3) 2 |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
6 |
0.1 |
0.2 |
0.3 |
|
0 |
|||
|
|
|
t1 t2 t3 |
|
|
|
|
а) |
|
|
10 |
|
|
|
f1(t1) |
5 |
|
|
|
f2(t2) |
0 |
|
|
|
f3(t3) |
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
10 |
0.1 |
0.2 |
0.3 |
|
0 |
|||
|
|
|
t1 t2 t3 |
|
|
|
|
б) |
|
10 |
|
|
|
|
f1(t1) |
5 |
|
|
|
f2(t2) |
0 |
|
|
|
f3(t3) |
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
10 |
0.1 |
0.2 |
0.3 |
|
|
0 |
|||
|
|
|
t1 t2 t3 |
|
|
|
|
в) |
|
Рисунок 3.16 - Сигнал для точек на созвездии 60, 47, 15 при 64-КАМ на |
||||
выходе: а) – амплитудного модулятора квадратурного канала; б) – |
||||
амплитудного модулятора синфазного канала; в) сумматора модулятора. |
|
|||
С выходов ЦАП многоуровневые сигналы синфазного Is(t) и
квадратурного Qs(t) каналов поступают на фильтры нижних частот ФНЧ, которые выполнены в виде фильтров Найквиста и используются для ограничения полосы частот модулирующего сигнала, т.е. для формирования коэффициента скругления .
После ФНЧ многоуровневые сигналы подаются на амплитудные модуляторы синфазного АМI и квадратурного АМQ каналов. На вторые входы
62
этих модуляторов подаются от генератора сигналы несущей частоты синфазного канала cos 0t и квадратурного канала sin 0t промодулированные
по фазе в двухпозиционных фазовых модуляторах 2 ОФМI |
и 2 ОФМQ . |
||
Фазовая модуляция на |
180 в синфазном канале |
0 |
или 180 , в |
квадратурном канале 90 или |
270 осуществляется первым |
из n 3 цифровых |
|
потоков символов в каждом из квадратурных каналов. Необходимо отметить, что посредством двухпозиционной фазовой модуляции осуществляется передача знака уровней.
Так, при передаче уровня со знаком плюс используется значение фазы 0 в синфазном канале и 90 в квадратурном канале, а при передаче уровня со знаком минус используется значение фазы 180 в синфазном канале и 270 в квадратурном канале.
По этой причине алгоритм работы ЦАП составляется таким образом, чтобы при изменении символа в первом из n двоичных потоков символов на выходе ЦАП изменялся знак при соответствующем уровне (таблица 3.4.) [8, 13]. При этом на выходах амплитудных модуляторов получаются квадратурные сигналы промодулированные по амплитуде и фазе. После суммирования этих сигналов на выходе модулятора получается сигнал 64-КАМ, количество сигнальных точек, на созвездии которого соответствует квадратному множеству точек (рисунок 3.17).
Таблица 3.4 - Преобразование потоков символов в ЦАП при 64-КАМ
№ |
Входные сигналы в каналах |
Выходной сигнал ЦАП |
||
|
|
I (Q) |
|
|
|
i1 (q1) |
i2 (q2 ) |
i3 (q3) |
|
1 |
0 |
1 |
1 |
+7L |
2 |
0 |
1 |
0 |
+5L |
3 |
0 |
0 |
0 |
+3L |
4 |
0 |
0 |
1 |
+1L |
5 |
1 |
0 |
1 |
–1L |
6 |
1 |
0 |
0 |
–3L |
7 |
1 |
1 |
0 |
–5L |
8 |
1 |
1 |
1 |
–7L |
В устройстве размещения шести потокам модуляционных символов d6,d5,d4,d3,d2,d1 ставятся в соответствие три двоичных потока i1,i2,i3 в
синфазном канале и три двоичных потока q1,q2,q3 в квадратурном канале. Затем в ЦАП этим трём потокам в соответствии с таблицей 3.4 ставятся в соответствие восемь уровней сигналов. Первые двоичные потоки i1 и q1 осуществляют двухпозиционную фазовую модуляцию сигнала несущей частоты в синфазном и квадратурном каналах. А восьмиуровневые сигналы
63
осуществляют амплитудную модуляцию в этих двух каналах после фазовых модуляторов. После суммирования амплитудно-фазомодулированных сигналов каждое из восьми состояний двоичных потоков i1,i2,i3 и q1,q2,q3 формирует сигнальную точку на созвездии (рисунок 3.17).
Таки образом, из проведенных рассуждений следует, что в устройстве размещения каждому из шестидесяти четырёх состояний шести потоков модуляционных символов d6,d5,d4,d3,d2,d1 ставится в соответствие сигнальная точка на созвездии. Делается это посредством формирования трёх двоичных потоков i1,i2,i3 для синфазного и трёх двоичных потоков q1,q2,q3 для квадратурного канала.
Следовательно, работа устройства размещения может быть представлена кодовой таблицей 3.5, в которой шестидесяти четырём состояниям потоков модуляционных символов d6,d5,d4,d3,d2,d1 соответствуют шестьдесят четыре состояния двоичных потоков i1,i2,i3,q1,q2,q3. Из кодовой таблицы следует, что цифровые потоки синфазного канала i1,i2,i3 соответствуют старшим разрядам d6,d5,d4 модуляционных символов, а цифровые потоки квадратурного канала q1,q2,q3 соответствуют младшим разрядам d3,d2,d1 модуляционных символов.
Рисунок 3.17 - Созвездие 64-КАМ
64
Таблица 3.5 - Кодовая таблица размещения при 64-КАМ
|
Состояния потоков |
|
|
Состояния потоков |
|
Значения |
|||||||||||
Номер |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
уровней |
|
сигнальной |
d6 |
d5 |
d4 |
d3 |
d2 |
|
d1 |
i1 |
|
i2 |
i3 |
q1 |
q2 |
|
q3 |
I |
Q |
точки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
1 |
0 |
|
1 |
1 |
0 |
1 |
|
1 |
+7 |
+7 |
2 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
0 |
0 |
|
1 |
1 |
0 |
1 |
|
0 |
+7 |
+5 |
3 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
0 |
0 |
|
1 |
1 |
0 |
0 |
|
0 |
+7 |
+3 |
4 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
1 |
0 |
|
1 |
1 |
0 |
0 |
|
1 |
+7 |
+1 |
5 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
|
1 |
0 |
|
1 |
1 |
1 |
0 |
|
1 |
+7 |
-1 |
6 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
|
0 |
0 |
|
1 |
1 |
1 |
0 |
|
0 |
+7 |
-3 |
7 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
0 |
0 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
|
0 |
+7 |
-5 |
8 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
1 |
0 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
|
1 |
+7 |
-7 |
9 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
|
1 |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
1 |
|
1 |
+5 |
+7 |
10 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
|
0 |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
1 |
|
0 |
+5 |
+5 |
11 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
+5 |
+3 |
12 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
+5 |
+1 |
13 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
1 |
0 |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
|
1 |
+5 |
-1 |
14 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
0 |
0 |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
|
0 |
+5 |
-3 |
15 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
0 |
0 |
|
1 |
0 |
1 |
1 |
|
0 |
+5 |
-5 |
16 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
1 |
0 |
|
1 |
0 |
1 |
1 |
|
1 |
+5 |
-7 |
17 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
1 |
0 |
|
0 |
0 |
0 |
1 |
|
1 |
+3 |
+7 |
18 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
0 |
0 |
|
0 |
0 |
0 |
1 |
|
0 |
+3 |
+5 |
19 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
0 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
+3 |
+3 |
20 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
0 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
+3 |
+1 |
21 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
1 |
0 |
|
0 |
0 |
1 |
0 |
|
1 |
+3 |
-1 |
22 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
0 |
0 |
|
0 |
0 |
1 |
0 |
|
0 |
+3 |
-3 |
23 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
0 |
0 |
|
0 |
0 |
1 |
1 |
|
0 |
+3 |
-5 |
24 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
1 |
0 |
|
0 |
0 |
1 |
1 |
|
1 |
+3 |
-7 |
25 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
1 |
0 |
|
0 |
1 |
0 |
1 |
|
1 |
+1 |
+7 |
26 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
0 |
0 |
|
0 |
1 |
0 |
1 |
|
0 |
+1 |
+5 |
27 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
0 |
0 |
|
0 |
1 |
0 |
0 |
|
0 |
+1 |
+3 |
28 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
1 |
0 |
|
0 |
1 |
0 |
0 |
|
1 |
+1 |
+1 |
29 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
1 |
0 |
|
0 |
1 |
1 |
0 |
|
1 |
+1 |
-1 |
30 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
0 |
0 |
|
0 |
1 |
1 |
0 |
|
0 |
+1 |
-3 |
31 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
|
0 |
0 |
|
0 |
1 |
1 |
1 |
|
0 |
+1 |
-5 |
32 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
|
1 |
0 |
|
0 |
1 |
1 |
1 |
|
1 |
+1 |
-7 |
33 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
1 |
1 |
|
0 |
1 |
0 |
1 |
|
1 |
-1 |
+7 |
34 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
|
0 |
1 |
0 |
1 |
|
0 |
-1 |
+5 |
35 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
|
0 |
1 |
0 |
0 |
|
0 |
-1 |
+3 |
36 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
1 |
1 |
|
0 |
1 |
0 |
0 |
|
1 |
-1 |
+1 |
37 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
1 |
1 |
|
0 |
1 |
1 |
0 |
|
1 |
-1 |
-1 |
38 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
0 |
1 |
|
0 |
1 |
1 |
0 |
|
0 |
-1 |
-3 |
|
|
|
|
|
|
|
65 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Продолжение таблицы 3.5
Номер |
Состояния потоков |
|
|
Состояния потоков |
|
Значения |
|||||||||||
сигнальной |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
уровней |
|
точки |
d6 |
d5 |
d4 |
d3 |
d2 |
|
d1 |
i1 |
|
i2 |
i3 |
q1 |
q2 |
|
q3 |
I |
Q |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
39 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
|
0 |
1 |
|
0 |
1 |
1 |
1 |
|
0 |
-1 |
-5 |
40 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
|
1 |
1 |
|
0 |
1 |
1 |
1 |
|
1 |
-1 |
-7 |
41 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
1 |
1 |
|
0 |
0 |
0 |
1 |
|
1 |
-3 |
+7 |
42 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
|
0 |
0 |
0 |
1 |
|
0 |
-3 |
+5 |
43 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
-3 |
+3 |
44 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
1 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
-3 |
+1 |
45 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
1 |
1 |
|
0 |
0 |
1 |
0 |
|
1 |
-3 |
-1 |
46 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
0 |
1 |
|
0 |
0 |
1 |
0 |
|
0 |
-3 |
-3 |
47 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
0 |
1 |
|
0 |
0 |
1 |
1 |
|
0 |
-3 |
-5 |
48 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
1 |
1 |
|
0 |
0 |
1 |
1 |
|
1 |
-3 |
-7 |
49 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
|
1 |
1 |
|
1 |
0 |
0 |
1 |
|
1 |
-5 |
+7 |
50 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
|
1 |
0 |
0 |
1 |
|
0 |
-5 |
+5 |
51 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
-5 |
+3 |
52 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
1 |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
-5 |
+1 |
53 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
1 |
1 |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
|
1 |
-5 |
-1 |
54 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
0 |
1 |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
|
0 |
-5 |
-3 |
55 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
0 |
1 |
|
1 |
0 |
1 |
1 |
|
0 |
-5 |
-5 |
56 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
1 |
1 |
|
1 |
0 |
1 |
1 |
|
1 |
-5 |
-7 |
57 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
1 |
1 |
|
1 |
1 |
0 |
1 |
|
1 |
-7 |
+7 |
58 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
|
1 |
1 |
0 |
1 |
|
0 |
-7 |
+5 |
59 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
|
1 |
1 |
0 |
0 |
|
0 |
-7 |
+3 |
60 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
1 |
1 |
|
1 |
1 |
0 |
0 |
|
1 |
-7 |
+1 |
61 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
|
1 |
1 |
|
1 |
1 |
1 |
0 |
|
1 |
-7 |
-1 |
62 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
|
0 |
1 |
|
1 |
1 |
1 |
0 |
|
0 |
-7 |
-3 |
63 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
0 |
1 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
|
0 |
-7 |
-5 |
64 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
1 |
1 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
|
1 |
-7 |
-7 |
Структурная схема демодулятора 64-КАМ приведена на рисунке 3.18.
С выхода приемника сигнал с 64-КАМ поступает на один из входов фазовых детекторов синфазного и квадратурного каналов. На вторые входы этих фазовых детекторов поступают опорные сигналы cos 0t для синфазного канала и sin 0t для квадратурного канала. Опорный сигнал (восстановленную несущую) вырабатывает генератор, который с помощью системы синхронизации (петли ФАПЧ) фазируется под фазу входного сигнала 64-КАМ.
После фильтрации в фильтрах нижних частот ФНЧ побочных продуктов перемножения входных и опорных сигналов, на выходах фазовых детекторов
66
синфазного и квадратурного каналов получаются сигналы основной полосы (base band), в данном случае восьмиуровневые сигналы Is(t) и Qs(t).
Is t |
Qs t |
Рисунок 3.18 - Когерентный демодулятор 64-КАМ
Переходы между уровнями в восьмиуровневых сигналах несут информацию о тактовой частоте символов, поэтому они используются в выделителе тактовой частоты символов FTs . Тактовая частота символов
подается на решающие устройства, аналогово-цифровые преобразователи и устройство деразмещения.
В решающих устройствах принимается решение о принятом на интервале текущего символа уровне и это решение в виде одного из восьми принятых уровней подается на аналогово-цифровые преобразователи. В АЦП каждому из принятых уровней в соответствии с алгоритмом работы АЦП ставятся в соответствие по три цифровых потока в синфазном ii1 2i2 и квадратурном q1q2q3 каналах.
В устройстве деразмещения каждой из комбинаций трех цифровых потоков в синфазном ii1 2i2 и квадратурном q1q2q3 каналах ставится в
соответствии с алгоритмом деразмещения одна из 2k 26 комбинаций шести цифровых потоков символов d1d2d3d4d5d6 . В параллельно-последовательном преобразователе шесть цифровых потоков символов d1d2d3d4d5d6
преобразуются в цифровой поток с битовой скоростью Rb k Rs . Восстановление несущей частоты (опорного сигнала) при 64-КАМ
производится также как и при М-ОФМ. Процесс восстановления опорного колебания должен быть настолько точным, чтобы фазовая ошибка имела малую величину, как постоянной составляющей, так и флюктуации (фазового дрожания).
67
4 Ортогональное частотное разделение со многими поднесущими
В системах широкополосного беспроводного доступа основным разрушающим фактором для цифрового канала являются помехи от многолучевого приема. Этот вид помех весьма характерен для эфирного приема в городах с разноэтажной застройкой из-за многократных отражений радиосигнала от зданий и других сооружений [14, 15].
Радикальным решением этой проблемы является применение технологии ортогонального частотного разделения - OFDM, которая специально разработана для борьбы с помехами при многолучевом приеме.
При формировании OFDM-сигнала цифровой поток данных делится на несколько подпотоков, и каждая поднесущая связывается со своим подпотоком данных. Амплитуда и фаза поднесущей вычисляются на основе выбранной схемы модуляции. Согласно стандарту, отдельные поднесущие могут модулироваться с использованием бинарной фазовой манипуляции (BPSK), квадратурной фазовой манипуляции (QPSK) или квадратурной амплитудной манипуляции (QAM) порядка 16 или 64. Варианты отображения бит на фазовую плоскость для каждого вида манипуляции представлены на рисунке 4.1. В передатчике амплитуда как функция фазы преобразуется в функцию от времени с помощью обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ). В приемнике с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ) осуществляется преобразование амплитуды сигналов как функции от времени в функцию от частоты.
Рисунок 4.1 - Варианты отображения бит на фазовую плоскость
68
Применение преобразования Фурье позволяет разделить частотный диапазон на поднесущие, спектры которых перекрываются, но остаются ортогональными. Ортогональность поднесущих означает, что каждая из них содержит целое число колебаний на период передачи символа. Как видно из рисунка 4.2, спектральная кривая любой из поднесущих имеет нулевое значение для «центральной» частоты смежной кривой. Именно эта особенность спектра поднесущих и обеспечивает отсутствие между ними интерференции
[15].
Рисунок 4.2 - Ортогональные поднесущие
Одним из главных преимуществ метода OFDM является его устойчивость к эффекту многолучевого распространения. Эффект вызывается тем, что излученный сигнал, отражаясь от препятствий, приходит к приемной антенне разными путями (рисунок 4.3), вызывая межсимвольные искажения. Этот вид помех характерен для городов с разноэтажной застройкой из-за многократных отражений радиосигнала от зданий и других сооружений. Для того чтобы избежать межсимвольных искажений, перед каждым OFDM-символом вводится защитный интервал, называемый циклическим префиксом. Циклический префикс представляет собой фрагмент полезного сигнала, что гарантирует сохранение ортогональности поднесущих (но только в том случае, если отраженный сигнал при многолучевом распространении задержан не больше, чем на длительность циклического префикса). Кроме того, циклический префикс позволяет выбрать окно для преобразования Фурье в любом месте временного интервала символа (рисунок 4.4) [16].
Наиболее широко распространенный способ формирования OFDMрадиосигнала заключается в формировании первичного квадратурного OFDMсигнала с помощью обратного дискретного преобразования Фурье (ОДПФ), в частности, с помощью обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ), и преобразовании полученного OFDM-сигнала с помощью квадратурного
69
модулятора (КМ) и генератора несущей частоты (Г) на заданную радиочастоту Fг . Базовое устройство, формирующее OFDM-радиосигнал таким способом (рисунок 4.5), состоит из OFDM-модулятора, выполняющего процедуру ОДПФ, двух цифроаналоговых преобразователей (ЦАП), двух фильтров нижних частот (ФНЧ), КМ и Г. КМ в свою очередь содержит два смесителя (СМ), фазовращатель (ФВ) и сумматор (С) [15, 16].
Рисунок 4.3 - Иллюстрация эффекта многолучевого распространения
Рисунок 4.4 - Обработка OFDM-символа при многолучевом распространении
На вход OFDM-модулятора подаются модулирующие сигналы (входной сигнал) для каждой несущей частоты выходного квадратурного OFDM-сигнала I0(t)/Q0(t). Аналогично формируются OFDMA-радиосигнал и SC-FDMA- радиосигнал, эти радиосигналы являются частными случаями OFDMрадиосигнала.
70