Скорость передачи и метод модуляции в GSM

Временное опережение передачи

Вочной последовательностью надо

Адаптивная эквализация

И начальная частота доводятся до каждой

Перескоки частоты (Slow frequency hopping)

Для борьбы с частотно - селективными замираниями, помехами и для повышения крип -

тозащищенности радиопередачи,приме-

няется изменение частоты передачи або-

BS transmission/receive station (BTS)

нентского сообщения от кадра к кадру

TDMA.

Information for MS on the "Timing Advance"

Скорость(частота)перескоков может

Transmitter

быть получена из соотношения:

Mobile

Receiver

2 x Run time (TA)

station

1/4,615мс = 216,6 Гц,

(MS)

где4,615мс равна длительность кадра

TDMA.

При перескоках частот сохраняется

t = 3 Time slots

дуплексный разнос в45МГц.Все абонен-

ты в пределах соты«перескакивают»

Рисунок6.9 –Временная задержка кадров передачи и

синхронно.Частотно-временная матрица

приема

Рисунок 6.8 – Кадры TDMA

пользоваться;

MS в процессе организации канала. Матрица формируется так, чтобы исключить взаим - ные помехи как внутри соты, так и в смеж - ных сотах. В GSM используется 64 псевдо - случайные структуры (матрицы) перескоков частоты.

(Adaptive Equalization)

АЭ – ответ на проблему временной дис - персии (интерференции битов) в радиокана - ле из - за «дальней» многолучевости (faraway). АЭ обеспечивает квазиоптимальный прием в условиях многолучевости.

АЭ использует 26- битные тренировоч - ные последовательности в NB. Имеется 7 типов таких последовательностей под раз -

ные модели окружающего пространства (холмистость, здания и т. п.). В GSM исполь - зуют АЭ типа Витерби.

1) BTS передает на MS, какой трениро -

2) MS передает на BTS пакеты NB с этой последовательностью;

3) BTS сравнивает принятую последовательность с опорной и выявляет разницу из - за потерь в канале;

4) BTS «настраивает» алгоритм приема бит так, чтобы минимизировать разницу с при -

нятым.

Алгоритм АЭ работает хорошо на дистанции (разности хода лучей) не более 5 км.

Временное опережение передачи (Timing Advance – TA) предназначено для решения проблемы выравнивания по времени (time alignment) слотов от удаленных на разные рас - стояния MS.

Метод состоит в следующем.

BTS передает MS инструкцию TA, предписывающую начинать передачу на n бит раньше по времени, чем «положено». Это позволяет сгладить задержки на распростране - ние радиосигнала между MS и BTS.

В GSM n лежит в пределах 1–63 бита. Это также ограничивает радиус соты до 35 км. 63 бита = 31,5 туда + 31,5 обратно

31,5 бит х 3,69 мкс =116,2 мкс 116,2 мкс х (3*10⁸ м / с)=34,9 км

Для передачи по одному частотному каналу в GSM представляется цифровой поток

(8 x 33.8 Кбит / с)=270.4 Кбит / с.

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

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

Модуляция GMSK дает не самый лучший вариант повышения скорости передачи в по - лосе, в сравнении с другими цифровыми стандартами. 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 об - щей емкости сотовой сети.

GMSK обладает двумя особенностями: одна – «минимальный сдвиг», другая – гаус - совская фильтрация. Они 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 (манипуля - ции). Расширение спектра, свойственное угловой модуляции, частным случаем которой является ЧМ (ЧМн), зависит от индекса модуляции – одного из её основных параметров. Индекс модуляции – это величина, характеризующая изменение фазы, обусловленное мо - дуляцией. Для ЧМ (ЧМн) индекс равен ß = 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 синусоидаль - ной (при последовательности чередующихся посылок «0» и «1»). При синусоидальной модулирующей функции индекс модуляции является амплитудой изменения фазы. С учё - том скорости манипуляции v = 2 F = 1/ T (v – в бит / с, а F – в Гц), где T – длительность по - сылок, индекс равен ß = 2 f / v.

ЧМ (ЧМн) подразделяют на узкополосную и широкополосную, зависящие от величи - ны индекса. При узкополосной ЧМн, характеризуемой малым индексом (ß ≤ 0,5), спектр сигнала сосредоточен, в основном, в полосе, определяемой удвоенным спектром манипу - лирующих посылок (практически без расширения). Отметим, что при узкополосной ЧМн частота манипуляции больше девиации частоты: F ≥ 2 f. Широкополосная ЧМ, приме - няемая, 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 ß = 0,5 [3]. При ММС и, соответственно, при GMSK фаза частотно - манипулируемого колебания непрерывна, а её «набег» в течение одной посылки, обуслов -

ленный манипуляцией частоты ± ω (±2 πΔ f), равен j = ± ω T. При ß = 0,5 он составляет π /2 и - π /2 для посылок «1» и «0», соответственно. Подчеркнём, что j – это не манипуля - ция фазы, а именно её «набег», обусловленный манипуляцией частоты. При ß = 0,5 ско - рость манипуляции v = 4 f, которая для GMSK, используемой в GSM, составляет v =270,833 Кбит / с при f = 67,70833 кГц.

Итак, GMSK – узкополосная ЧМн с «граничным» индексом манипуляции, который не очень мал, но спектр при нём практически ещё не расширен. Можно сказать, что индекс ß = 0,5 является в этом смысле оптимальным. Однако, если манипуляцию осуществлять прямоугольными посылками, в спектре которых содержатся высшие гармоники, спектр ЧМн - сигнала будет всё - таки расширен, но уже за счёт этих гармоник. Поэтому при фор - мировании сигналов с GMSK используется гауссовская низкочастотная фильтрация моду - лирующих посылок. Гауссовской она называется потому, что в качестве импульсной ха - рактеристики фильтра используют характеристику нормального распределения Гаусса. Используют её симметричный отрезок, взятый на конечном интервале, равном длительно - сти посылки T. Связь импульсной характеристики с T определяют параметром B – поло - сой гауссовского ФНЧ, равной частоте среза его АЧХ на уровне -3 дБ. Параметр B опре - деляет произведение B·T, которое для GSM равно B·T = 0,3. Отметим, что B·T – это не база сигнала, которая не может быть меньше единицы.

Гауссовскую фильтрацию осуществляют обычно в цифровом процессоре (DSP), в ко - тором формируется сигнал модуляции.

Для реализация GMSK в систе - ме GSM применяется квадратурный модулятор, схема которого приве - дена на рисунке 6.10. Собственно

квадратурный модулятор содержит перемножители с опорными источ -

никами cos(ω ₀t_i) и sin(ω ₀t_i) и вычи -

Рисунок 6.10 – Квадратурный модулятор GMSK татель на выходе. На вход пере -

множителей поступают две состав - ляющие квадратурного сигнала cos(± Δω)t_i и sin(± Δω)t_i, формируемые обычно в DSP. При этом, если модулятор аналоговый, на выходе DSP используют ЦАП. Квадратурный моду - лятор может быть цифровым и иметь ЦАП на своём выходе. На рисунке показаны эквива -

лентные цепи DSP – гауссовский фильтр ГФ, интегратор _ò dt и элементы тригонометри -

ческих функций «cos» и «sin». На вход поступает нефильтрованная последовательность положительных и отрицательных значений «± Δω», соответствующая «1» и «0» модули - рующего кода. Указанная последовательность фильтруется в ГФ. Её фронты сглажены, а частотный спектр, соответственно, сужен.

Дата добавления: 2014-01-15