43. Детектор сигнала частотной манипуляции с линией задержки на цифровых имс

Схема детектора представлена на рисунке 8.16.

Рисунок 8.16 – Функциональная схема детектора сигнала частотной манипуляции

с цифровой линией задержки на ИМС

В состав детектора входит формирователь, преобразующий синусоидальный сигнал в последовательность прямоугольных импульсов с уровнями логического нуля и логической единицы. Временные диаграммы сигналов на входе и выходе формирователя приведены на рисунке 8.17.

Рисунок 8.17 – Временные диаграммы сигналов на входе и выходе формирователя

С выхода формирователя импульсы поступают на линию задержки, реализованную на D-триггерах. Она задерживает последовательность импульсов на время . За это время сигнал частоты позитива на выходе линии задержки приобретает фазовый сдвиг относительно входного сигнала, равный

.

Сигнал частоты негатива на выходе линии задержки приобретает фазовый сдвиг относительно входного сигнала, равный

.

Сигналы с входа и выхода линии задержки подаются на ключевой фазовый детектор, детекторная характеристика которого показана на рисунке8.18

Рисунок 8.18 – Детекторная характеристика ключевого фазового детектора

Из характеристики видно, что сигналы позитива и негатива на выходе детектора будут максимально отличаться друг от друга при выполнении условий:

,

где k = 1, 2, ..

Таким образом,

.

Из последнего соотношения определим время задержки

. (8.1)

Фазовый сдвиг, вносимый линией задержки на средней частоте сигнала равен

.

Из последнего соотношения с учетом (8.1) определим требуемое значение средней частоты сигнала

.

Требуемое время задержки обеспечивается последовательным включением m D-триггеров, каждый из которых сдвигает сигнал на время, равное периоду тактовой частоты триггера T_T

_.

Тактовая частота триггера должна удовлетворять условию

.

Достоинством детектора является возможность реализации на цифровых ИМС, а недостатком жесткая связь средней частоты сигнала со сдвигом частот, которая, как правило, требует дополнительного преобразования частоты.

44. Общие сведения о сигналах msk и gmsk. Квадратурный способ формирования сигналов msk и gmsk с использованием интегрирования элементарных посылок.

Частотная манипуляция называется минимальной, если сдвиг частот F_сдв равен частоте манипуляции F_M

.

Достоинством сигнала минимальной частотной манипуляции (МЧМ, MSK – Minimum Shift Keying) является относительно узкий спектр, позволяющий разместить в ограниченном частотном диапазоне большее количество каналов с частотным разделением.

Для увеличения спектральной эффективности путем уменьшения ширины главного лепестка спектра и уровня боковых лепестков в модулятор сигнала МЧМ включают предмодуляционный гауссовский ФНЧ, т.е. ФНЧ, АЧХ которого описывается функцией Гаусса

,

где f_гр – граничная частота ФНЧ при неравномерности в полосе пропускания 3дБ.

Сигнал МЧМ, формируемый с использованием такого фильтра называют сигналом гауссовской МЧМ или GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying). Модуляция GMSK применяется в стандартах GSM и DECT.

В англоязычной литературе полосу пропускания гауссовского ФНЧ при неравномерности 3 дБ, равную его граничной частоте f_гр, обозначают символом B (Band – полоса) и используют параметр BT, равный произведению полосы пропускания ФНЧ на длительность элементарной посылки сигнала T. Величина этого параметра определяет ширину спектра сигнала GMSK.

На рисунках 8.19 – 8.21 приведены спектры сигнала GMSK при BT=3, BT=0,5 и BT=0,3 соответственно.

Рисунок 8.19 - Спектр сигнала GMSK при BT = 3

Рисунок 8.20 - Спектр сигнала GMSK при BT =0,5

Рисунок 8.21 - Спектр сигнала GMSK при BT = 0,3

Параметр BT=0.3 применяется в стандарте GSM, а параметр BT=0.5 – в стандарте DECT.

При сдвиге частот, равном частоте манипуляции F_M, девиация частоты равна

,

где v – скорость манипуляции, T – длительность элементарной посылки.

Индекс частотной манипуляции этих сигналов равен

Известно, что аналоговый ЧМ сигнал описывается соотношением

,

где - мгновенная частота, ,

-частота несущей, - нормированный модулирующий сигнал.

В приведенном выражении амплитуда ЧМ сигнала принята равной единице, что не влияет на общность последующих выводов.

После подстановки выражения для мгновенной частоты под знак интеграла и последующего интегрирования получим

где , ,

Обозначим

Учитывая периодичность функций косинуса и синуса, достаточно определить значение мгновенной фазы сигнала в интервале от до Поэтому определим аргумент косинуса и синуса следующим образом:

Тогда

Из приведенных соотношений следует, что для формирования сигнала MSK квадратурным методом необходимо иметь интегратор нормированного модулирующего сигнала, умноженного на , два функциональных преобразователя и , косинусно-синусный генератор несущей, вырабатывающий квадратурные компоненты и , и повышающий преобразователь частоты. Функциональная схема формирователя приведена на рисунке 8.22, а временные диаграммы, поясняющие формирование низкочастотных квадратурных компонент – на рисунке 8.23.

Рисунок 8.22 – Формирователь сигналов MSK и GMSK

После повышающего преобразователя частоты получается сигнал MSK, временная диаграмма которого приведена на рисунке 8.23. На этом же рисунке показана последовательность элементарных посылок на входе формирователя, задержанная на временной интервал t₀.

Формирователь сигнала GMSK отличается от формирователя сигнала MSK только наличием гауссовского ФНЧ, который на рисунке показан пунктиром.

Рисунок 8.23 – Временные диаграммы формирования низкочастотных

квадратурных компонент сигнала MSK

Рисунок 8.24 – Временные диаграммы высокочастотных квадратурных компонент сигнала и выходной сигнал формирователя