Фильтрация сигнала в модуляторе и демодуляторе

Как отмечалось ранее, фильтры играют важную роль в формировании и приеме π/4-DQPSK сигнала. Критерии выбора параметров этих фильтров отличаются от принятых в аналоговых системах.

ФНЧ предназначены для формирования максимально узкого спектра в модуляторе и выделения сигнала на фоне шума в демодуляторе.

Известно, что при сужении полосы пропускания ФНЧ менее 1/Т_D (где Т_D длительность дибита) в выходном сигнале возникают межсимвольные искажения, которые вызываются наложением друг на друга откликов фильтра. Таким образом, комплексная огибающая на интервале действия k-го дибита будет зависеть от вида последовательности из i предыдущих дибит. Значение i зависит от соотношения полосы фильтра и скорости передачи.

Рисунок 11 - Варианты АЧХ фильтров Найквиста

Для минимизации межсимвольных искажений используются ФНЧ со

специальными импульсными характеристиками, которые обеспечивают контролируемый уровень межсимвольных искажений.

К таким фильтрам относятся фильтры Найквиста, импульсная характеристика которых пересекает нулевой уровень с периодом, равным половине длительности дибита, а амплитудно-частотная (АЧХ) имеет нечетную симметрию относительно частоты среза по уровню 0.5, при этом частота среза ФНЧ f_0,5=1/2T_D. Таким образом, независимо от формы входной последовательности в определенные моменты времени с периодичностью следования дибитов сигнал отклика фильтра будет определяться только одним дибитом. Варианты формы АЧХ фильтров Найквиста показаны на рис. 10. Представленные АЧХ характеризуются дополнительным параметром α, который определяет крутизну АЧХ в переходной области и скорость затухания боковых всплесков импульсной характеристики фильтра. Широко распространена форма АЧХ фильтра Найквиста в виде приподнятого квадрата косинуса

Форма импульсного отклика такого фильтра описывается выражением

ее внешний вид представлен на рис. 12.

Поскольку в сквозном тракте модулятор-демодулятор сигнал проходит через два последовательно включенных ФНЧ, то сквозная АЧХ тракта К_T=К₁·К₂.

Рисунок 12- Импульсные отклики фильтра Найквиста и корень квадратный из АЧХ фильтра Найквиста

Стандарт TETRA задает АЧХ ФНЧ вида:

где α=0,35. Параметр α называется параметром «обкатки» или «сглаживания», может принимать значения от 0 до 1. Вид АЧХ показан на рис. 13.

Соответственно, однозначно определяется импульсная характеристика фильтра

Ее вид представлен на рис. 12,б. Из этого рисунка видно, что один фильтр не устраняет межсимвольные искажения, однако с учетом второго фильтра в демодуляторе импульсная характеристика приобретает вид, представленный на рис. 12,а.

Из рисунка видно, что в моменты времени, кратные длительности дибита, импульсная характеристика фильтра проходит через 0, и значение демодулированного сигнала определяется только одним принимаемым в данный момент дибитом.

Рисунок 13 - АЧХ фильтра вида, соответствующего импульсной характеристике по формуле (8)

Система тактовой синхронизации должна обеспечивать считывание информации из демодулятора в эти моменты времени.

9.6 Спектр и огибающая π/4-DQPSK сигнала

Основными характеристиками радиосигнала при его передаче по эфиру являются частотный спектр и огибающая амплитуды. Рассмотрим эти характеристики для π/4-DQPSK сигнала с параметрами, определенными стандартом TETRA.

Комплексная огибающая сигнала представляется выражением

Мгновенное значение амплитуды А(t) может быть представлено в виде вектора, выходящего из начала координат, а фаза Φ(t) - как угол между вектором и положительным направлением оси абсцисс. Таким образом, в процессе модуляции вектор осуществляет вращательно-колебательное движение вокруг начала координат. Траектория движения конца вектора при модуляции случайной последовательностью дибитов, показана на рис. 14.

Рисунок 14 - Траектория движения вектора при π/4-DQPSK модуляции случайной последовательностью дибитов

Из рисунка видно, что огибающая имеет значительную амплитудную модуляцию, которая является принципиальным элементом π/4-DQPSK сигнала.

На рис. 15,а представлен спектр π/4-DQPSK сигнала с подавленной амплитудной модуляцией. Из рисунка видно, что внеполосные излучения такого сигнала значительно увеличиваются. Отсюда следуют важные следствия:

1. Для усиления π/4-DQPSK сигнала необходим линейный усилитель мощности, что исключает возможность использования высокоэффективных режимов работы передатчиков. КПД линейных усилителей мощности всегда ниже, чем усилителей сигнала с постоянной огибающей.

2. Мощность передатчика используется неэффективно, так как его средняя излучаемая мощность ниже пиковой.

Рисунок 15 - Спектр π/4-DQPSK сигнала

Теоретический спектр π/4-DQPSK сигнала показан на рис. 15,б. Из рисунке видно, что спектр π/4-DQPSK сигнала весьма компактен. При принятых в стандарте TETRA значениях параметров сигнала полоса цифрового сигнала в эфире менее 20 кГц, при этом уровень излучений на границе с соседним каналом (Δf≈ 12,5 кГц) приблизительно равен -60 дБ. При реализации устройства неизбежны аппаратные погрешности, связанные с неидеальностью отдельных звеньев тракта, поэтому реальный спектр несколько отличается от теоретического (рис.15,а).

Выводы. Преимущества выбора модуляции вида π/4 -DQPSK проявляются в следующем:

- передача двух информационных бит одним символом в радиоканале увеличивает спектральную эффективность;

- передача информационных сообщений за счет изменения фазы несущей не требует при приеме абсолютной оценки фазы сигнала, при этом могут быть использованы простые схемы демодуляторов;

- передача сообщений в радиоканале осуществляется с постоянной огибающей.

Поиск по сайту: