Билет 16. 1.Приемники с цифровой модуляцией

1.Приемники с цифровой модуляцией.

В принципе, приемники с цифровой модуляцией строятся аналогично приемникам с аналоговой модуляцией. Разница лишь в детекторах: если при аналоговом детекти ровании сигнал промежуточной частоты обрабатывается непосредственно, то при цифровом происходит дополнительное преобразование частоты в синфазноквадра турном смесителе с генерацией квадратурных составляющих i(t) и q(t), которые за тем подаются на детектор.

Структура детектора для сигнала с цифровой модуляцией уже демонстрировалась на рис. 24.61. Он еще раз представлен на рис. 25.23a вместе с блоком регулировки уси ления. Входным сигналом служит сигнал ПЧ eZF (t) супергетеродинного приемника с одной или двумя промежуточными частотами (см. рис. 25.8б и 25.12). Этот сигнал соответствует сигналу несущей sT(t) на рис. 24.61. С помощью синфазноквадратур ного смесителя и двух ФНЧ из него получают квадратурные составляющие i(t) и q(t), которые подаются на вход детектора.

Фильтры НЧ по сравнению с приемником сигнала с аналоговой модуляцией пос ле синфазноквадратурного смесителя осуществляют дополнительную фильтра цию. По этой причине в приемнике с цифровым детектированием требуемый канал обычно выделяется не последним фильтром ПЧ, а фильтрами НЧ после синфазно квадратурного смесителя. Поэтому на рис. 25.23a они названы канальными фильтрами. Благодаря этому приемник сигналов с цифровой модуляцией, даже если он использует одну промежуточную частоту, обладает теми же свойствами по фильтрации, что и приемник сигналов с аналоговой модуляцией и двойным преобразова нием частоты. Соответствующие амплитудные спектры для синфазной составляющей показаны на рис. 25.24. Они в равной степени характеризуют квадратурную составляющую.

Однако у канальной фильтрации после синфазноквадратурного смесителя есть два недостатка: • регулировка усиления возможна лишь после фильтров НЧ, и потому в сигнале ПЧ могут содержаться соседние каналы с заметно более высоким уровнем. Для регулирования требуются два усилителя с изменяемым коэффициентом усиления, которые должны довести среднее значение модуля

комплексного сигнала в исходной полосе частот eB(t) = i(t) + jq(t) до номинальной величины. Аналоговая реализация такой регулировки усиления слишком громоздка;

· фильтры НЧ для канальной фильтрации должны иметь очень крутые спады частотной характеристики, так как частотные интервалы между полезным и сосед ним каналами очень малы. Вместе с тем групповое время задержки в полезном канале должно быть как можно более стабильным, так как цифровой метод модуляции весьма чувствителен к искажениям времени задержки. Имея дело с ана логовыми ФНЧ, крайне трудно удовлетворить этим требованиям.

В силу этих недостатков детектор с аналоговыми входами чаще всего применяют в сочетании с канальной фильтрацией и регулировкой коэффициента усиления по промежуточной частоте. Тогда фильтры НЧ, представленные на рис. 25.23a, используются только для подавления составляющей на удвоенной зеркальной частоте, а следовательно, отпадает регулировка усиления для i и q.

2.Методы доступа к среде передачи в беспроводных сетях (частотное, временное, кодовое мультиплексирование).

Одна из основных проблем построения беспроводных систем — это решение задачи доступа многих пользователей к ограниченному ресурсу среды передачи. Существует несколько базовых методов доступа (их еще называют методами уплотнения или мультиплексирования), основанных на разделении между станциями таких параметров, как пространство, время, частота и код. Задача уплотнения — выделить каждому каналу связи пространство, время, частоту и/или код с минимумом взаимных помех и максимальным использованием характеристик передающей среды.

Уплотнение с пространственным разделением основано на разделении сигналов в пространстве, когда передатчик посылает сигнал, используя код с, время t и частоту f в области Si. То есть каждое беспроводное устройство может вести передачу данных только в границах одной определенной территории, на которой любому другому устройству запрещено передавать свои сообщения.

В схемах уплотнения с частотным разделением (Frequency Division Multiplexing, FDM) каждое устройство работает на строго определенной частоте, благодаря чему несколько устройств могут вести передачу данных на одной территории. Это один из наиболее известных методов, так или иначе используемый в самых современных системах беспроводной связи.

Более гибкой схемой является уплотнение с временным разделением (Time Division Multiplexing, TDM). В данной схеме распределение каналов идет по времени, т. е. каждый передатчик транслирует сигнал на одной и той же частоте / в области s, но в различные промежутки времени U (как правило, циклически повторяющиеся) при строгих требованиях к синхронизации процесса передачи.

Подобная схема достаточно удобна, так как временные интервалы могут динамично перераспределяться между устройствами сети. Устройствам с большим трафиком назначаются более длительные интервалы, чем устройствам с меньшим объемом трафика.

Однако метод временного уплотнения не может использоваться в чисто аналоговых сетях — даже если исходные данные аналоговые (например, речь), он требует их оцифровки и разбиения на пакеты.

Основной недостаток систем с временным уплотнением — это мгновенная потеря информации при срыве синхронизации в канале, например, из-за сильных помех, случайных или преднамеренных. Однако успешный опыт эксплуатации таких знаменитых TDM-систем, как сотовые телефонные сети стандарта GSM, свидетельствует о достаточной надежности механизма временного уплотнения.

Последний тип мультиплексирования — это уплотнение с кодовым разделением (Code Division Multiplexing, CDM). Первоначально, из-за сложности реализации, данная схема использовалась в военных целях, но со временем прочно заняла свое место в гражданских системах. Именем основанного на CDM механизма разделения каналов (CDMA — CDM Access) даже назван стандарт сотовой телефонной связи IS-95a, а также ряд стандартов третьего поколения сотовых систем связи (cdma2000, WCDMA и др.). В данной схеме все передатчики передают сигналы на одной и той же частоте / в области s во время t, но с разными кодами с;.

В схеме CDM каждый передатчик заменяет каждый бит исходного потока данных на CDM-символ — кодовую последовательность длиной в 11, 16, 32, 64 и т.п. бит (их называют чипами). Кодовая последовательность уникальна для каждого передатчика, причем их подбирают так, чтобы корреляция двух любых CDM-кодов была минимальна. Как правило, если для замены «1» в исходном потоке данных используют некий CDM-код, то для замены «0» применяют тот же код, но инвертированный.

Приемник знает CDM-код передатчика, сигналы которого должен воспринимать. Он постоянно принимает все сигналы, оцифровывает их. Затем в специальном устройстве (корреляторе) производит операцию свертки (умножения с накоплением) входного оцифрованного сигнал с известным ему CDM-кодом и его инверсией. При этом сигналы других передатчиков с другими CDM-кодами приемник воспринимает как аддитивный шум.