Скорость передачи и метод модуляции в GSM - Формирование TDMA кадров, мультикадров, суперкадров и гиперкадров в GSM. Способы модуляции, применяемые в GSM

Для передачи по одному частотному каналу в GSM представляется цифровой поток

(8 x 33.8Кбит/с)=270.4 Кбит/с.

При этом ширина полосы канала 200кГц. Простые виды модуляции несущей обеспечивают скорость передачи, не превышающую ширину полосы, т. е. на 200кГц - 200Кбит/с.

В GSM используется модуляция, называемая Gaussian Minimum Shift Keying (GMSK). Она обеспечивает 270,4 Кбит/с в полосе 200кГц. Т. е. присутствует дополнительное сжатие информации в 1,35 раза.

Модуляция GMSK дает не самый лучший вариант повышения скорости передачи в полосе, в сравнении с другими цифровыми стандартами ССС. Это ведет к снижению емкости в одной соте GSM по сравнению с другими системами. Однако, GMSK заметно устойчивее к интерференциям. Это позволяет повысить переиспользование частот и выиграть в общей емкости сотовой сети.

GMSK - это гауссовская двухпозиционная частотная манипуляция с минимальным сдвигом, обладающая двумя особенностями, одна из которых - "минимальный сдвиг", другая - гауссовская фильтрация. Обе особенности направлены на сужение полосы частот, занимаемой GMSK-сигналом.

В общем случае, при частотной модуляции (ЧМ, FM), в том числе, при манипуляции (ЧМн, FSK), спектр сигнала более широкий, чем при амплитудной модуляции (манипуляции). Расширение спектра, свойственное угловой модуляции, частным случаем которой является ЧМ (ЧМн), зависит от индекса модуляции - одного из ее основных параметров. Индекс модуляции - это величина, характеризующая изменение фазы, обусловленное модуляцией. Для ЧМ (ЧМн) индекс равен ? = ?f/F (в радианах), где ?f - девиация (сдвиг) частоты, а F - частота модуляции (манипуляции). Характер изменения фазы зависит от формы модулирующей функции частоты. Для обычной ЧМн функция прямоугольна, а для ЧМн с гауссовской фильтрацией, сглаживающей фронты посылок, близка к синусоидальной (при последовательности чередующихся посылок "0" и "1"). При синусоидальной модулирующей функции индекс модуляции является амплитудой изменения фазы. С учетом скорости манипуляции v = 2F = 1/T (v - в бит/с, а F - в Гц), где T - длительность посылок, индекс равен ? = 2?f/v.

ЧМ (ЧМн) подразделяют на узкополосную и широкополосную, зависящие от величины индекса. При узкополосной ЧМн, характеризуемой малым индексом (? ? 0,5), спектр сигнала сосредоточен, в основном, в полосе, определяемой удвоенным спектром манипулирующих посылок (практически без расширения). Отметим, что при узкополосной ЧМн частота манипуляции больше девиации частоты: F ? 2?f. Широкополосная ЧМ, применяемая, в основном, в качестве аналоговой (например, в радиовещательном УКВ-диапазоне), характеризуется большим индексом и, соответственно, расширением спектра ЧМ сигнала.

В основе GMSK лежит ММС (MSK) - узкополосная ЧМн "с минимальным сдвигом", характеризуемая ? = 0,5 [3]. При ММС и, соответственно, при GMSK фаза частотно-манипулируемого колебания непрерывна, а ее "набег" в течение одной посылки, обусловленный манипуляцией частоты ±?? (±2??f), равен ?= ± ??T. При ? = 0,5 он составляет ?/2 и - ?/2 для посылок "1" и "0", соответственно. Подчеркнем, что ? - это не манипуляция фазы, а именно ее "набег", обусловленный манипуляцией частоты. При ? = 0,5 скорость манипуляции v = 4 ?f, которая для GMSK, используемой в GSM, составляет v = 270,833 Кбит/с при

?f = 67,70833 кГц.

Итак, GMSK - это узкополосная ЧМн с "граничным" индексом манипуляции, который не очень мал, но спектр при нем практически еще не расширен. Можно сказать, что индекс ? = 0,5 является в этом смысле оптимальным. Однако, если манипуляцию осуществлять прямоугольными посылками, в спектре которых содержатся высшие гармоники, спектр ЧМн-сигнала будет все-таки расширен, но уже за счет этих гармоник. Поэтому при формировании сигналов с GMSK используется гауссовская низкочастотная фильтрация модулирующих посылок. Гауссовской она называется потому, что в качестве импульсной характеристики фильтра используют характеристику нормального распределения Гаусса. Используют ее симметричный отрезок, взятый на конечном интервале, равном длительности посылки T. Связь импульсной характеристики с T определяют параметром B - полосой гауссовского ФНЧ, равной частоте среза его АЧХ на уровне -3 дБ. Параметр B определяет произведение BT, которое для GSM равно BT = 0,3. Отметим, что BT - это не база сигнала, которая не может быть меньше единицы.

Гауссовскую фильтрацию осуществляют обычно в цифровом процессоре (DSP), в котором формируется сигнал модуляции.

квадратурный модулятор gmsk

Рис.8. Квадратурный модулятор GMSK

Для реализация GMSK в системе GSM применяется квадратурный модулятор, схема которого приведена на рис.8. Собственно квадратурный модулятор содержит перемножители с опорными источниками cos(?0TI) и sin(?0TI) и вычитатель на выходе. На вход перемножителей поступают две составляющие квадратурного сигнала cos(±??)tI и sin(±??)tI, формируемые обычно в DSP. При этом, если модулятор аналоговый, на выходе DSP используют ЦАП. Квадратурный модулятор может быть цифровым и иметь ЦАП на своем выходе. На рисунке показаны эквивалентные цепи DSP - гауссовский фильтр ГФ, интегратор dt и элементы тригонометрических функций "cos" и "sin". На вход поступает нефильтрованная последовательность положительных и отрицательных значений "± ??", соответствующая "1" и "0" модулирующего кода. Указанная последовательность фильтруется в ГФ. Ее фронты сглажены, а частотный спектр, соответственно, сужен.

Похожие статьи




Скорость передачи и метод модуляции в GSM - Формирование TDMA кадров, мультикадров, суперкадров и гиперкадров в GSM. Способы модуляции, применяемые в GSM

Предыдущая | Следующая