Методы модуляции в стандарте GSM

Основные виды модуляции. Дифференциальная квадратурная фазовая манипуляция, используемая в стандарте D-AMPS. Особенности гауссовской манипуляции с минимальным сдвигом. Обработка речи на передачу в подвижной станции. Мобильные терминалы стандарта GSM.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

2

Содержание

Введение

1. Модуляция

2. Обработка речи на передачу в подвижной станции

3. Мобильные терминалы стандарта GSM

Заключение

Список использованных источников

Введение

Исторически в первых системах подвижной связи использовалось разделение выделенного диапазона частот между пользователями. Поскольку не все пользователи выходили на связь одновременно, то число пользователей превышало число имеющихся каналов связи. Такая организация связи получила название как метод множественного доступа с частотным разделением каналов (Frequency Division Multiple Access -FDMA). Для передачи/приема использовались только аналоговые сигналы. Во всех аналоговых стандартах для передачи речи использовалась частотная модуляция, а для канала управления (единого для всех разговорных каналов) применялось частотное манипулирование. Ширина требуемой полосы частот для одного канала, в зависимости от принятого в той или иной стране стандарта, составляла от 12,5 до 30 кГц.

В США широкое распространение получила аналоговая система стандарта AMPS. Емкость таких систем получалась от нескольких десятков до нескольких сотен пользователей, что являлось принципиальным ограничением возможностей применения систем на основе FDMA. Уже к середине 80-х годов стала ясна необходимость перехода к цифровым системам передачи. Однако, во многих странах, особенно в США было уже развернуто большое количество аналоговых систем. Поэтому в США стали внедрять поэтапно цифровую систему в диапазоне частот системы AMPS. Цифровая система получила стандарт, названный D-AMPS, или по классификации ITU-T его еще называют IS-54. (IS - аббревиатура от Interim Standard, т.е. «промежуточный стандарт»). По этому стандарту речевые каналы были цифровыми, а канал управления оставался аналоговым.

Полностью цифровыми каналы речи и управления стали лишь с 1996 г. с введением стандарта версии IS-136.

В Европе работы по разработке стандартов цифровой связи начались с 1982 года. В 1988 году были приняты основные документы стандарта цифровой системы подвижной связи, названной GSM. С 1991 г. GSM принят в качестве общеевропейского стандарта мобильной связи.

1. Модуляция

модуляция речь мобильный терминал стандарт

Модулятор - это узел передатчика, в котором происходит преобразование низкочастотного полезного сигнала (речи или данных) в радиочастотный сигнал, который после усиления поступает на антенну. На приемной стороне обратное преобразование радиочастотного сигнала в полезный низкочастотный сигнал осуществляется демодулятором.

Существуют три основных вида модуляции:

амплитудная модуляция (АМ) (Amplitude Modulation - AM);

частотная модуляция (ЧМ) (Frequency Modulation - FM);

фазовая модуляция (ФМ) (Phase Modulation - PM).

Наиболее помехоустойчивыми являются два последних вида модуляции, которые обычно и применяют в современной радиосвязи. При передаче цифровых (или оцифрованного аналогового сигнала) сигналов было разработано большое количество разновидностей способов модуляции, но все они по сути являются разновидностями частотной или фазовой модуляции. Поскольку в электрическом виде цифровой сигнал - это видеоимпульсный (скачкообразный) сигнал, то при модуляции частота или фаза высокочастотного радиосигнала будут меняться скачком. В этом случае говорят не модуляция, а манипуляция (английский термин - Shift keying). Такая дискретная модуляция имеет свою специфику и во многом отличается от более привычной для радиоинженеров модуляции аналоговыми сигналами. В применении к цифровой сотовой связи в качестве обязательных для используемых методов модуляции выступают требования высокой спектральной эффективности, низкого уровня помех по смежным каналам, низкая частота битовых ошибок (Bit Error Rate - BER), экономичность (эффективность использования энергии источника питания), простота реализации. Рассмотрим в качестве примеров методы модуляции применяемые в стандартах D-AMPS и GSM.

В стандарте D-AMPS используется дифференциальная квадратурная фазовая манипуляция со сдвигом / 4 ( / 4 Differential Quadrature Phase Shift Keying - / 4 DQPSK). Это дискретная фазовая манипуляция с основным дискретом коммутации фазы на / 2 (как при обычной квадратурной фазовой манипуляции), но с дополнительным сдвигом по фазе на / 4 при переходе от символа к символу входной модулирующей последовательности импульсов.

Слово дифференциальная в названии метода означает, что очередное изменение фазы отсчитывается не по отношению к фазе некоторого опорного сигнала, а по отношению к фазе предыдущего дискрета.

При объяснении метода / 4 DQPSK часто предварительно описывают методы бинарной фазовой манипуляции с дискретом (Binary Phase Shift Keying) и квадратурной фазовой манипуляции (Quadrature Phase Shift Keying - QPSK) - Фазовой манипуляции с дискретом / 2, а также метод квадратурной фазовой манипуляции со смещением (Offset Quadrature Phase Shift Keying - OQPSK). Все эти разновидности станут достаточно понятными после рассмотрения метода / 4 DQPSK.

В этом методе все импульсы входной информационной последовательности b_k, поступающие на вход модулятора, разбиваются на пары - на 2-х битовые символы, т. е. в символ входит четный и нечетный биты входной последовательности. Таких символов возможно всего четыре. Они получаются из элементарных сочетаний логического нуля и единицы по два бита 00, 01, 10, 11. Значит для передачи таких символов достаточно четыре фазовых состояний. При переходе от символа к символу начальная фаза колебаний несущей частоты скачком изменяется на величину , которая определяется битами символа в соответствии с алгоритмом, приведенным в табл. 1.

Таблица 1. - Закон фазовой манипуляции метода / 4 DQPSK

Биты входной последовательности модулятора	Изменение фазы k = k (XkYk)
Нечетные (первые биты символа) Xk	Четные (вторые биты символа) Yk
1 0 0 1	1 1 0 0	- 3 / 4 3 / 4 / 4 - / 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).

Размещено на

2

Рис. 1. - Фазовая диаграмма (фазовое созвездие - phase constellation),

соответствующая методу / 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 / 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) = I_kCos ₀t + Q_kSin ₀t = Cos _kCos ₀t + Sin _kSin ₀t =

= Cos (₀t + _k)

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

Размещено на

2

Рис. - 2. Блок схема модулятора / 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 модулир...