То есть за 20 мс передаются в сегменте речевого сигнала 260 бит.

В кодере канала 260 бит информации разделяются на 2 класса

- класс 1 — в него включено 182 бита, защищаемых помехоустойчивым кодированием;

- класс 2 — в него включены оставшиеся 260 - 182 = 78 бит, которые передаются без помехоустойчивого кодирования. Рис.6 Схема кодирования сегмента речевого сигнала

В свою очередь класс 1 делится на:

- подкласс 1а, к которому относятся параметры фильтра кратковременного предсказа­ния STP (36 бит) и часть информации (14 бит) о параметрах фильтра долговременного предсказания LTP, то есть в подклассе 1а выделяется 50 = (36 + 14) бит существенной речевой информации, которая подвергается наиболее мощному помехозащищенному кодированию;

- подкласс 1в, в который включены остальные 182 - 50 = 132 бита, кодируется слабее, чем информация подкласса 1а. В подкласс 1в включаются 22 бита информации о па­раметрах фильтра LTP и 110 бит о параметрах сигнала возбуждения.

Итак, распределение цифровой информации (бит) по подклассам 1а, 1в и классу 2 реа­лизовано для сегмента речи в виде: 1а — 50 бит; 1в —132 бит; 2 — 78 бит.

Информация 50 бит класса 1а кодируется блочным кодом — укороченным систематическим циклическим кодом (n, к) = (53, 50), то есть 3-битовый код четности позволяет обнаружи­вать ошибки. На выходе блочного кодера, таким образом, цифровая последовательность имеет 53 бита (избыточные 3 бита).

1.В специальном блоке информация подклассов 1а (53 бита) и 1в (132 бита) переупако­вывается, располагаясь в такой последовательности:

- биты с четными индексами;

- код четности подкласса 1а;

- биты с нечетными индексами в обратной последовательности;

- четыре добавочных нулевых бита, то есть всего 53 + 132 + 4 = 189 бит.

3. Цифровая последовательность в 189 бит подается на вход сверточного кодера (кодера свертки) (n, к, К) = (2, 1, 5), имеющего скорость кодирования R = k/n = 0,5 и длину ограни­
чения К = 5. В результате сверточного кодирования на выходе кодера получается цифровая последовательность в 189x2 = 378 бит.

Окончательно цифровые последовательности сегмента речи по блоку 1 — 378 бит и блоку 2 — 78 бит совместно составляют 456 бит, то есть скорость потока информации речи на выходе кодера канала равна 456/20*10 ³ = 22,8 кбит/с.

Однако процесс кодирования речи перед подачей цифровых сигналов на модулятор на этом не завершается.

В стандарте GSM используется достаточно сложная и совершенная схема блочного диа­гонального перемежения. Полученные 456 бит информации одного 20-миллисекундного сегмента речи разбива­ются на 8 подсегментов по 57 бит каждый (456/8 = 57).

Рис. 7

Вопросы самоконтроля

1. Причины возникновения ошибок в радиоканале.

2. Какие методы используют для борьбы с ошибками в радиоканале?

3. Задачи канального кодирования.

4. Назначение блочного кода

5. Назначение свёрточного кода.

6. Назначение перемежения.

7. Какое количество бит поступает на вход кодера канала и какое количество бит формируется на его выходе?

Тема 2.6. Обоснование выбора методов модуляции в аналоговых и цифровых мобильных системах

Требования к знаниям

· Студент должен

· знать:

· методы модуляции, применяемые в различных аналоговых и цифровых системах мобильной связи;

· методы модуляции в мобильных системах: FSK, GMSK, DQPSK, QAМ.

· уметь:

· объяснить применение понятия «плотность передачи информации (бит/с/Гц)» при выборе метода модуляции в конкретной системе связи;

· изображать форму выходных высокочастотных (ВЧ) сигналов различных модуляторов и
объяснять разницу между системами с различными видами модуляции.

Содержание учебного материала

Отличия радиосвязи от проводной связи заключается в необходимости строгого ограничения полосы передаваемого сигнала, в противном случае будут иметь место взаимные помехи между каналами. Функция передачи-приёма распределяется следующим образом: полоса частот ограничивается в передатчике, а фильтруется в приёмнике. Поэтому, модуляция должна рассматриваться совместно с функциями фильтров.

Колебания на радиочастотах должны быть переданы на требуемые расстояния. Но до тех пор, пока они не модулированы, колебания не несут какой либо информации. Модулирующий сигнал – это информация, которую нужно передать. Существует несколько способов модуляции несущих колебаний.

При амплитудной модуляции (АМ)модулирующий сигнал управляет уровнем несущей. Верхняя боковая полоса занимает частоты выше частоты несущей, а нижняя боковая полоса – ниже уровня несущей. Этот вид модуляциидаёт неэкономное распределение мощности ВЧ генератора, большая часть которой расходуется на несущие колебания и только около 1/3 на долю боковых составляющих, в которых заложена информация передаваемого сигнала. Если передавать не весь спектр АМ - колебания, а одну боковую полосу, получим следующие преимущества:

- амплитуда ОБП сигнала по сравнению с боковой полосой при АМ – сигнале возрастает в 2 раза, что даёт выигрыш по мощности в 4 раза;

- ширина спектра ОБП уже полосы спектра АМ в 2 раза, что даёт возможность сузить полосу пропускания по промежуточной частоте и получить выигрыш в отношении сигнал/помеха также в 2 раза.

Недостаток ОБП – усложнение схемы приёмника из-за необходимости восстановления несущих колебаний, иначе принять ОБП – сигнал нельзя.

При частотной модуляции (ЧМ)в соответствии с изменением напряжения модулирующего сигнала увеличивается и уменьшается мгновенная частота. Результирующий спектр более сложен и занимает более широкую полосу, чем при АМ. ЧМ является нелинейной, поэтому возникают гармоники модулирующего сигнала, которые располагаются по обе стороны от частоты несущей. Величина девиации частоты несущей служит мерой глубины модуляции. Чем больше глубина модуляции, тем более широкая полоса частот требуется для передачи модулированного сигнала.

При фазовой модуляции (ФМ)по закону изменения модулирующего сигнала изменяется фаза несущей. Оба метода угловой модуляции - ЧМ и ФМ для синусоидального модулирующего сигнала имеют идентичные результаты. Если для модуляции используется цифровой сигнал, то при ФМ фаза изменяется скачком и вызывает скачкообразное изменение амплитуды несущей.

Амплитудная модуляция по параметру помехоустойчивости уступает ЧМ и ФМ и применяется в радиосвязи редко. В цифровых системах в качестве ФМ используют относительную фазовую модуляцию (ОФМ). При ОФМ при передаче логической «1» фаза несущего колебания изменяется скачком на Δφ, например на π по отношению к фазе предыдущего бита, а при передаче «0»остаётся без изменения.

ЧМ и ФМ характеризуются скоростью передачи сообщения V, которая равна количеству передаваемых посылок (бит) в секунду (бит/с=бод), или длительностью посылки τ=1/V

В зависимости от дискрета фазы Δφ наиболее часто используются разновидности ФМ: бинарная ФМ (BPSK), квадратурная ФМ (QPSK), квадратурная ФМ со смещением (OQPSK)

Квадратурная амплитудно-фазовая модуляция (КАМ)-(QAM)характеризуется изменением фазы и амплитуды. Метод применяется в цифровых системах, где каждое состояние фаза /амплитуда может представлять несколько битов данных. Число состояний указывается в обозначении. 16QAM имеет 16 состояний, каждое из которых представляет 4 бит данных.

Параметром, характеризующим эффективность использования полосы частот системой связи с цифровой модуляцией является «плотность передачи информации» δ= V/BW, где:

V – скорость передачи данных бит/с, BW – ширина полосы цифрового сигнала, Гц.

Теоретически максимальная плотность передачи двоичных сигналов равна 2 бит/с/Гц в случае двухуровневого кода передачи или 1 бит/с/Гц для модулированного сигнала с двумя боковыми полосами. При использовании четырёхуровневого кода эти значения увеличиваются вдвое.

Пример применения методов модуляции по системам связи:

• радиосвязь 27 МГц - АМ/ФМ;
• профессиональная связь ФМ/ЧМ;
• сотовая связь аналоговая – ФМ, цифровая GSM – GMSK, D-AMPS - FM π/4 DQPSK, CDMA – ФМ-4 (QPSK), OQPSK;
• VSAT – станции спутниковой связи – AV-2 (BPSK), ФМ-4(QPSK)
• беспроводные сети DSSS – BPSK QPSK, DCCK, QCCK;
• беспроводные сети FHSS – 2GFSK, 4GFSK, 8GFSK;
• MMDS – от 4QPSK 92 бита на модуляционный символ до 256QAM ( 8 бит на символ);
• LMDS/MMDS – QPSK/QAM;
• сети WAN IEEE 802.16 – QPSK.

Вопросы самоконтроля

1. В чём состоит сущность процесса модуляции?
2. Перечислите основные виды модуляции?
3. Как отличаются требования к модуляторам в аналоговых и цифровых системах?
4. Чем отличается модулированный сигнал от немодулированного? Дайте определение «выделенной полосе частот», «внеполосным излучениям».
5. Проведите сравнение разных видов амплитудной модуляции.
6. Что такое однополосная модуляция? В чём состоит её преимущества?