2.5. Справочные сведения
В работе изучается модем CMX909B, который может быть использован в различных системах подвижной радиосвязи. Он осуществляет преобразование потока цифровых данных, необходимое для передачи их в заданной полосе радиоканала, а также формирует блоки данных, обеспечивая синхронизацию передачи и помехоустойчивое кодирование. Структурная схема модема и его возможные связи с другими элементами системы представлены на рис. 2.20.
Рис.
2.20
Необходимость решения первой задачи вызвана следующими причинами. Двоичный поток данных состоит из резких переходов от «0» к «1» и от «1» к «0», и поэтому его спектр содержит большое количество гармоник. Это обстоятельство делает цифровой поток данных малопригодным для передачи по радиоканалу, поскольку уровень излучения на соседних частотах будет в таком случае недопустимо высоким. Требования к радиосистемам по электромагнитной совместимости и рациональному использованию спектра с каждым годом возрастают, и вследствие этого разработаны различные виды цифровой модуляции, призванные повысить спектральную эффективность передачи данных.
Одним из таких видов является модуляция GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying), используемая во многих современных телекоммуникационных системах (например, в системах сотовой связи стандарта GSM), и именно она применена в изучаемом в работе модеме.
П
ринцип
модуляции GMSK
состоит в том, что перед тем, как поток
битов поступает в модулятор и модулирует
несущую частоту, он пропускается через
ФНЧ – фильтр нижних частот. ФНЧ должен
иметь достаточно узкую полосу пропускания
с крутым срезом верхних частот и иметь
импульсную характеристику с минимальными
коэффициентом перерегулирования и
степенью колебательности. Этим условиям
удовлетворяет ФНЧ с гауссовской формой
импульсной характеристики.
Для характеристики полосы пропускания низкочастотного фильтра вводится величина BT = f –3 дБ/R, где f –3 дБ – частота среза по уровню –3 дБ, R – скорость передачи битов. Однако, как можно видеть из рис. 3.21, при увеличении значения BT длина символа растягивается, что может стать причиной повышенной межсимвольной интерференции, т. е. выигрыш в компактности спектра достигается за счет снижения достоверности передачи информации. В стандарте Mobitex, который поддерживает модем CMX909B в качестве оптимального значения принято BT = 0.3.
Модуляция GMSK позволяет получить очень высокую спектральную эффективность. На рис. 3.22 можно видеть выигрыш, который дает гауссовская модуляция по сравнению с некоторыми другими видами цифровой модуляции. Сигнал с модуляцией GMSK занимает существенно более узкую полосу частот.
Рис. 2.22
Кроме достижения компактности спектра, модем должен обеспечивать приемлемые характеристики достоверности передачи информации в условиях действия помех. Эта достоверность характеризуется коэффициентом битовой ошибки (в англоязычной литературе BER – Bit Error Rate), который вычисляется как отношение числа битов, принятых с ошибкой, к общему числу переданных битов.
Для улучшения характеристик достоверности передачи, при формировании пакетов данных используется помехоустойчивое кодирование. В изучаемом модеме реализован алгоритм кодирования FEC (Forward Error Correction), применение которого позволяет исправлять однократные ошибки и может повысить коэффициент битовой ошибки.