Маковеева М.М., Шинаков Ю.С. Системы связи с подвижными объектами (2002) (1151874), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Преобразование последоватепьно- ' В дальнейшем мы покажем что форма этого импульса обычно достаточно снежная и выбирается так, чтобы минимиэироеать межсимеапьные искажения и поеысить спектральную эффектиеность системы. 88 сти битов в последовательность электрических импульсов осуществляется по следующему правилу: 0 =р Ьр((1, 1=о -Ьт/(Ц, где Ь ы О— амплитуда импульса. При этом модулирующ(ей сигнал ц(б=~~) ь/р(г-// ). (3.1/ / Переданные биты Электрические нмпупьсы модулятора о(Ц Эпектрические импуяьсы демодупятора Принятые биты Рис 3.1 Временные диаграммы сигналов в устройствах цифровой системы передачи 89 В этом равенстве суммирование осуществляется по всем возможным значениям индекса /, а множитель Ь/ может принимать значения +Ь или Ь. На рис.З.1 представлены примеры реализаций сигналов при цифровой модуляции; последовательность переданных битое (а; ), последовательность электрических импульсов модулятора прямоугольной формы и разной полярносги (Ь/(, восстановленная в приемнике последовательность электрических импульсов демодулятоl- т ра (Ь;~ и, наконец, последовательность принятых битов 1а/( Здесь не представлены канальные символы.
Угловой скобкой над символами обозначены их оценки. Следует отметить два важных обстоятельства: искажение формы сигнала и его временную задержку при прохождении через канал передачи. Искажения формы сигнала обусловлены двумя факторами. ° наличием в передатчике и приемнике специальных устройств формирования и обработки электрических сигналов; ° наличием помех в канапе передачи.
В передатчике обычно предусматриваются специальные устройства для получения нужной формы импульсов модулирующего сигнала, при которой поток канальных символов имеет допустимое значение внепопосных излучений. Основным элементом приемника является демодулятор, оценивающий наилучшим образом каждый принимаемый символ; при этом важна не форма принимаемого канального символа, которая в точке приема известна, а его номер т.
Задержка восстановленного сигнала по отношению к передаваемому обусловлена как временем распространения радиоволн, так и, главным образом, дополнительными задержками электрических сигналов в элементах системы передачи, обеспечивающих формирование и обработку этих сигналов. Помехи в канале передачи вызваны тепловым шумом элементов приемника и внешними источниками излучений естественного и искусственного происхождения.
Особенно здесь отметим излучения передатчиков, работающих на соседних частотных каналах, внепопосные излучения которых попадают в полосу частот системы передачи, Эти помехи принято называть помехой соседнего канала. В современных цифровых сиотемах передачи вводятся довольно жесткие ограничения на уровень енеполосных излучений, которые удается выполнить лишь применением сложных методов генерирования канальных символов специальной формы с помощью цифровых устройств.
Возможны также помехи от передатчиков, работающих в той же полосе частот, но использующих другие формы канальных символов; такие помехи часто называют внутрисисглемными. Наличие шума и помехи затрудняет принятие правильных решений в приемнике о том, какой из М канальных символов был передан на очередном временном интервале. При малом уровне помех и, следовательно, большом отношении сигнал †поме демодулятор приемника ошибается очень редко, т.е.
вероятность ошибки при приеме одного символа мала и составляет, например, 10 ипи меньше. В результате цифровая система передачи при больших значениях отношения сигнал-шум обеспечивает почти точное воспроизведение потока переданных битов в точке приема; это означает практически точное воспроизведение исходного сигнала. что невозможно при использовании аналоговьи систем передачи. 90 Если отношение сигнал — шум оказывается не очень большим, то демодулятор приемника ошибается чаще, появляются неверно принятые символы.
Полезным параК(етром, часто используемым для характеризации качества цифровой системы передачи, является вероятность ошибки при прие одного символа р, =Р(Принят символ з„(Передан символ з„), лигп, (3.2) или вероягпносгпь ошибки на бит рз = Р(Принят бит со значением г1(Передан бит со значением е), г~е(0,1~,ек(0,1~ и г)ие. (3.3) На рис. 3.1 неверно принятый бит отмечен серым фоном. Например, современные системы беспроводной связи допускают наличие одной ошибки на 1000 бит передаваемой информации; можно принять, что допустимая вероятность ошибки при приеме одного бита в этом случае равна 10 3. При этом ухо человека еще способно идентифицировать голос абонента, т.е.
слушающий узнает голос говорящего. В то же время многие информационные системы предьявпяют значительно более жесткие требования к цифровой системе передачи, допуская, например, лишь одну ошибку при передаче 100 000 000 бит, т.е. ре = 10 Модуляция — зто процесс кодирования информации, получаемой от источника информации, в форму, наиболее удобную для передачи по каналу связи. В общем случае этот процесс предусматривает перенос основной полосы частот модулирующего сигнала ЬЕ в область высоких частот.
Получающийся в результате модуляции радиосигнал з(0 и(г)1 занимает радиополосу шириной 2ьЕ, центральная частота которой ~> намьэго выше верхней граничной частоты ~ спектра модупирующего сигнала. Как правило, в качестве переносчика информации используется гармоническое колебание з(() = Асов(2к!о)+ д), основными параметрами которого, доступными для модуляции, являются амплитуда А, частота 1с и фаза в.
В данной главе основное внимание будет уделено методам цифровой модуляции, которые используются в современных системах связи с подвижными объектами ипи планируются к использованию в будущем Некоторые из этих методов предусматриваются существующими стандартами, а некоторые лишь обсуждаются с целью включения в стандарты систем нового поколения. 3.2. Фазовая модуляция М-ичные системы модуляции. При фазовой модуляции мгновенное значение фазы радиосигнала отклоняется.от фазы немодупированного несущего колебания на величину, зависящую от мгновенного значения модулирующего сигнала: з[Е, и(!)) = А созРлго! +в[и(!))) = Ре(Аехр(РГ[иЯЪехр(уйхго!)) . (3 4) Из этого выражения следует, что передаваемая информация, содержащаяся в модулирующем сигнале и(Е), закодирована в комлпексной огибающей (3.5) Ай) = А ехр([в[и(!)И передаваемого сигнала в[Е, и(Е)). Понятие комплексной огибающей является очень важным как для теории, так и для техники цифровой связи и будет играть существенную роль в последующем изложении.
При цифровой фазовой модуляции фаза переносчика может отличаться от текущей фазы немодулированного несущего колебания на конечное число разных значений. В простейшем случае двоичной фгзовой манипуляции (ФМ-2) в качестве таких значений обычно выбирают 0" и 180'. В современных системах часто используют большие наборы фазовых углов, чтобы представлять в одном канальном символе сразу несколько битов передаваемых данных.
Например, можно использовать четыре разных фазовых угла: 45, 135', — 45', — 135 для представления возможных значений последовательности из двух битов (ФМ-4). Возможные значения трехбитового слова можно представить группой из восьми разных фазовых углов (ФМ-8), четырехбитового слова — группой из 16 фазовых углов (ФМ-16) и т.д. Двоичная фазовая манипуляция. Простейшей формой цифровой фазовой модуляции является ФМ-2. Этот способ часто используется в системах с прямым расширением спектров, в ксторых модулирующий сигнал является псевдослучайной двоичной последовательностью.
При ФМ-2 в зависимости от значения модулирующего сигнала отклонение фазы сигнала от фазы немодулированного несущего колебания равно либо 0', либо 180'. Так, если дпя фазомодулировгнного сигнала (ФМ сигнала) принять общее описание (3.4), (3.5), тодля ФМ-2 сигнала должны выполняться равенства. ч[и(!))= — 0 при и(!)и1, и[и(0) =— х при и(!)и-1; 0< !<т . 92 Комплексная огибающая этого сигнала не изменяется на указанном интервале времени и может принимать следующие два значения: АЯ»А лри иЯ«1 АЯ«-д при !4Г)н-1; 0<ГВТ<. С3.6) Полезным и наглядным оказываетс афическое представление возможных значений этой огибающей а комплексной плоскости.
Дпя рассматриваемого здесь сигнала Ыомппексная огибающая принимает всего два значения, указанные на рис. 3.2. Такое изображение обычно называют сигнапьным созвездием. На рис. 3.3 представлены временные диаграммы модулирующего сигнала и радиосигнала. Основная особенность радиосигнала здесь состоит в том, что его текущая фаза имеет разрывы в моменты изменения полярности модупирующего сигнала. Эти «скачки» фазы на 180 являются основной причиной того, что спектральная плотность мощности ФМ-2 сигнала в радиоканале оказывается существенно отличной от нуля в недопустимо широкой полосе частот.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
