Содержание
Скачать 0.86 Mb.
|
| Приложение 3.4 Научно – информационный материал «Современные технологии в области цифрового телевидения» Методы модуляции в современных цифровых системах связи и телерадиовещания СОДЕРЖАНИЕ
3.4.4 Ортогональная частотная модуляция (OFDM) 3.4.5 Организация интерактивных услуг в системах наземного (terrestrial) цифрового ТВ вещания 3.4.6 Видео-по-запросу Литература
Обычно сигналы в системах связи и вещания передаются с помощью несущей частоты путём изменения её параметров: частоты – частотная модуляция, амплитуды - амплитудная модуляция, фазы – фазовая модуляция (рис. 1.1). При модуляции может изменяться и несколько параметров, например, амплитуда и фаза (квадратурная амплитудная модуляция). Модуляция может осуществляться изменением длительности импульсов – широтно-импульсная модуляция (ШИМ). Колебание несущей частоты можно представить в виде: s(t) = S(t)cos[w(t) – y(t)] . Многоуровневая или многопозиционная модуляция с кратностью М формирует сигнал с М возможными значениями соответствующего параметра. В многопозиционных ансамблях каждый М-ичный сигнал содержит информацию о n двоичных информационных символах (М=2n). Чем больше М, тем больше информации можно передать, но при этом уменьшается помехозащищённость. Для повышения помехозащищённости можно увеличить мощность сигналов.  Рис. 3.4.1. а) цифровой сигнал, б) несущая частота, в) амплитудная модуляция, г) частотная модуляция, д) фазовая модуляция. В случае, когда информационный сигнал является дискретным, то говорят о манипуляции, а не о модуляции. Хотя, строго говоря, в реальных изделиях манипуляции не бывает, так как для сокращения занимаемой полосы частот манипуляция производится не прямоугольным импульсом, а колоколообразным (приподнятым косинусом и др.). Будем считать понятия «модуляция» и «манипуляция» равнозначными. Вид модуляции выбирается исходя из характеристик каналов связи. Амплитудная модуляция (АМ). При АМ несущей двоичным сигналом получается колебание несущей частоты, амплитуда которого принимает одно из двух значений, соответствующих 0 и 1. При модуляции биполярными импульсами изменяется и фаза сигнала на противоположную – получаем разновидность фазовой модуляции (ФМ). В системах широкополосного доступа xDSL наряду с различными реализациями квадратурной амплитудной модуляцией (КАМ) широко используется многоуровневая амплитудно-импульсная модуляция (АИМ) благодаря простоте реализации и достаточно высокой частотной эффективности. При восьмиуровневой АИМ переносится 3 бита информации за один такт. Применяются различные варианты АИМ, до 128 уровневого кодирования (рис. 3.4.2). Кодовый символ (d1, d2, d3).  100 001 011 111 010 000 000 110 1014444    3   2444   1444    T = pT   -1  -2   -3  -4 Рис. 3.4.2. Пример восьмиуровневого АИМ-сигнала. Спектр АМ сигнала содержит несущую и две боковые полосы, повторяющие форму спектра модулирующего сигнала. Ширина спектра АМ сигнала равна удвоенному значению верхней частоты модулирующего сигнала. В некоторых случаях используют сигналы с полным или частичным подавлением несущей, одной из боковых частот или несущей и боковой полосы одновременно. В американской системе цифрового телевидения ATSC используется многоуровневая амплитудная модуляция с подавленной боковой полосой ОБП, (или VBS – Vestigial Side-Band ). Для наземного вещания была выбрана 8-и уровневая модуляция, а для кабельных сетей 16-и уровневая модуляция. Модулирующий сигнал представляет собой 8-и или 16-и уровневые импульсы, сглаженные формирующим фильтром. Только половина точек одномерного созвездия используется для передачи полезной информации, другая половина - для корректирующего кодирования. Скорость передачи символов при всех вариантах VBS практически в два раза шире занимаемой полосы частот. При частотной модуляции (ЧМ) частота несущего колебания меняется дискретно в зависимости от значения модулирующего сигнала. На практике находит применение не только двоичная ЧМ, но также 4-х (рис. 3.4.3) и 8-уровневая ЧМ. При использовании многоуровневой ЧМ исходная двоичная последовательность разбивается на соответствующее число бит (2, 3 и т.д.) для определения одной из возможных частот несущей, передаваемой в данный момент. Каждая несущая несёт n символов.  Рис. 3.4.3. Четырехуровневая частотная манипуляция. Большой интерес представляет частотная модуляция с минимальным сдвигом (ЧММС), при которой фаза манипулированного радиосигнала не имеет скачков при смене текущего значения несущей частоты. Для этого разнос между частотами выбирается таким, чтобы за время длительности одного элемента фаза несущей изменялась ровно на /2. В случае ЧММС эффективность использования полосы выше, чем у обычной ЧМ. GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) - 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. Использование GMSK в системе сотовой радиосвязи GSM регламентируется стандартом ETSI (Европейский институт стандартов связи). Модуляция GMSK используется в современных системах цифровой радиосвязи GSM (DCS, PCS), GPRS и других и обеспечивает высокое качество передачи в относительно узкой полосе, занимаемой сигналом. GMSK реализуется в электронных компонентах, выпускаемых фирмами Analog Devices, Texas Instruments, Infineon Technologies и другими. Для GMSK обычно используют одну из двух схем модуляции - c управляемым по частоте генератором (УГ) и квадратурным модулятором, которые в упрощённом виде показаны на рис. 3.4.4.  Рис. 3.4.4. Схемы GMSK модуляторов: а) управляемого генератора в составе системы ФАПЧ (  01/N = 0/M);б) квадратурного модулятора с формирователем сигнала модуляции. В модуляторе с УГ (рис. 3.4.4а) используется система ФАПЧ, обеспечивающая высокую стабильность несущей частоты ЧМ сигнала. При этом собственно модулятором является УГ, а система ФАПЧ обеспечивает получение несущей, равной 0 = (M/N)01. M и N - это коэффициенты деления частоты в делителях ":M" и ":N", а 01 - стабильная частота опорного источника. Делители используются для точной настройки на требуемую частоту 0. В этом смысле модулятор по схеме на рис. 3.4.4а является одновременно синтезатором частот типа "Integer-N".Модулятор характеризуется передаточной функцией: Kмод(p) = KУГ/[1 + kФ(p)/p  0], где KУГ - коэффициент преобразования УГ (с размерностью (рад/с)/В), 0 = M/KУГKФДKФ - постоянная времени, KФД - коэффициент передачи фазового детектора ФД, KФ и kФ(p) - постоянный и частотно-зависимый множители передаточной функции фильтра Ф. Модулятор обладает свойствами фильтра верхних частот. Это соответствует используемым кодовым последовательностям модулирующего сигнала (без постоянной составляющей). Модулятор по схеме рис. 3.4.4а является, по существу, аналоговым, используемым для манипуляции. Обозначения, приведённые на рисунке (и на других рисунках), например, cos( 0± )ti, являются упрощёнными и, строго говоря, соответствуют установившимся значениям частоты посылок (то есть без учёта переходных процессов, связанных с изменением частоты ±).Модулятор GMSK с УГ по схеме на рис. 3.4.4а применяется обычно в беспроводной телефонии (в системе DECT), а в системе GSM применяется квадратурный модулятор, схема которого приведена на рис. 3.4.4б. Собственно квадратурный модулятор содержит перемножители с опорными источниками cos 0ti и sin0ti 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 своём выходе. На рис. 3.4.4б 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. Её фронты сглажены, а частотный спектр, соответственно, сужен.На рис. 3.4.5 приведены схемы квадратурных модуляторов, совмещённых с повышающим преобразователем частоты: 0 = 01 + 02, где 0 - несущая ВЧ, 01 - несущая на выходе модулятора, определяемая частотой первого гетеродина, 02 - частота второго гетеродина. Показанные на входе cos ti и ±sinti, которые более наглядны, соответствуют cos(±)ti и sin(±)ti на рис. 3.4.4б (при = ). Схема устройства на рис. 3.4.5а проще, чем на рис. 3.4.5б, и содержит последовательно включённые модулятор и преобразователь частоты. Преобразователь построен с использованием системы ФАПЧ и дополнительно содержит смеситель (перемножитель) и фильтр Ф2. Фильтр пропускает составляющие с несущей 01, равной разности 0 – 02, и подавляет составляющие с 0 + 02. Фильтр Ф2 не является обязательным, если, например, смеситель выполнен по балансной схеме. Рис. 3.4.5. Преобразователи частоты: с модулятором на входе (а); со встроенным модулятором (б) ( = , 01 = 0 – 02).Передаточная функция преобразователя на рис. 3.4.5а является функцией фильтра нижних частот: Kпр(p) = 1/{1 + p[ 0/KФ1(p) – зад2]}, где KФ1(p) - частотно-зависимый множитель функции фильтра Ф1, а зад2 = - 2/ - временная задержка, вносимая фильтром Ф2 (на рабочем участке его ФЧХ). Влияние Ф2 на передаточную функцию видно изKпр(p)=1/[1+p( 0 – зад2)+p20Ф1] - функции системы 2-го порядка с KФ1(p) = 1/(1+p Ф1). Действие зад2 эквивалентно уменьшению 0 при соответствующем увеличении Ф1 (при 0Ф1 = const) и может быть компенсировано увеличением 0 при уменьшении Ф1.На рис. 3.4.5б показана более сложная схема совмещённого модулятора-преобразователя, известного как модулятор передатчика с виртуальной промежуточной частотой и используемого в новых разработках фирмы Analog Devices. В рассматриваемом устройстве модулятор встроен в систему ФАПЧ вместе с преобразователем. На выходе модулятора - сумматор, а выходной частотой модулятора является 01, которая равна частоте опорного колебания первого гетеродина, подаваемого на внешний вход ФД. На выходе преобразователя будут манипулируемые значения частоты 0 ± , где 0 = 01 + 02, 02 - частота второго гетеродина, а манипуляция частоты ± определяется входным сигналом модулятора ( = ). Модуляция GMSK применяется, прежде всего, в широко распространённой и зарекомендовавшей себя цифровой системе мобильной сотовой радиосвязи GSM-900 (Global System for Mobile Communications), в более высокочастотных её вариантах - европейском DCS-1800 (GSM-1800) и северо-американском PCS-1900 (GSM-1900), а также в новой системе GPRS (General Packet Radio Service). В получившей широкое развитие цифровой системе радиодоступа DECT используется гауссовская частотная манипуляция GFSK (Gaussian Frequency Keying), родственная гауссовской частотной модуляции с минимальным сдвигом. Произведение ВТ (bandwidth-bi period) равно 0,5. Номинальная девиация несущей частоты Fc f = 288 кГц. Двоичная «1» приводит к пиковой девиации Fc + f , двоичный «0» к девиации Fc – f. |
Похожие:
 | Пояснительные записки, тематическое планирование и тексты учебных пособий Летней физико-математической школы. 2002 и 2003 гг | | Общие требования к первой (предквалификационной) и второй частям заявок (содержание, оформление, подача, изменение, отзыв) 15 |
| Общие требования к первой (предквалификационной) и второй частям заявок (содержание, оформление, подача, изменение, отзыв) 15 | | В соответствии с решением Совета депутатов г. Мурманска от 26. 12. 2006 года №30-357 «Об организации дошкольного образования и родительской... |
 | В соответствии с решением Совета депутатов г. Мурманска от 26. 12. 2006 года №30-357 «Об организации дошкольного образования и родительской... | | Научное содержание нир, оформленное по образцу научной публикации (объемом до 15 машинописных страниц, через 1,5 интервала) |
| Неправильное составление договора или неполное содержание влечёт за собой проблемы различного характера | | Разъяснения по выгрузке информации о прекращении банковской гарантии в иных, отличных от окончания срока гарантии случаях. 145 |
| Характеристики, структура и содержание Раздел Характеристики, структура и содержание учебной дисциплины | | Суть и содержание понятия «маркетинг». Цели, задачи, объект и предмет маркетинга. Эволюция содержания маркетинга |