Сегодня мы находимся на этапе массированного перехода на цифровые стандарты в профес- сиональных системах. В то же самое время сложности, связанные с законодательным регулированием и текущими потребностями абонентов систем радиосвязи, заставляют производителей и пользователей этих систем искать возможность передать как можно больше информации в выделенной полосе частотного диапазона: другими словами, повышать эффективность использования частотного ресурса. Каналы, по которым ранее передавался один вызов в единицу времени, теперь разделяются для того, чтобы можно было одновременно передать два.План выполнения курсовой работы:
- Теоретическое исследование принципа построения физического уровня цифровой мобильной связи.
- Построение модели физического уровня в среде Matlab и её подробное описание.
- Результаты исследования работы в среде Matlab.
Общие сведения о DMR.
Для облегчения массированного перехода профессиональных систем на “цифру” Европейский Институт стандартов связи (ETSI) разработал новый стандарт DMR (Digital Mobile Radio), в основе которого лежит двухъинтервальный протокол TDMA (Time Division Multiple Access).
Стандарт DMR предусматривает как передачу голоса, так и передачу данных. Речевой сигнал оцифровывается, сжимается, формируется в пакеты. Пакеты передачи информации маркируются «голос» или «данные». Каналы передачи голоса/данных представляют собой два временных интервала. Сформированный сигнал TDMA передается с использованием одной несущей частоты. Ширина радиочастотного канала (шаг сетки частот) составляет 12,5 КГц. Сформированные информационные каналы полностью независимы один от другого. Общий принцип работы DMR на рисунке 1.
Рисунок 1— Общий принцип работы
системы DMR
Физический уровень DMR
Общие параметры системы:
§ радиосистема работает в ВЧ диапазоне частот от 30 МГц до 1 ГГц;
§ радиосистема работает в пределах полосы пропускания несущей РЧ 12,5 кГц;
§ максимальная погрешность частоты передачи БС от назначенной центральной несущей РЧ должна быть, как это определено в таблице 1;
Таблица 1
Диапазон частот
Максимальная погрешность частоты БС
50 MHz to 300 MHz
±2 ppm
300 MHz to 600 MHz
±1 ppm
600 MHz to 800 MHz
±0,75 ppm
800 MHz to 1 GHz
±0,3 ppm
§ максимальная погрешность частоты передачи МС от назначенного РЧ центра несущей должен быть таким, как определено в таблице 2;
Таблица 2
Диапазон частот
Максимальная погрешность частоты МС
50 MHz to 600 MHz
±2 ppm
600 MHz to 1 GHz
±1,5 ppm
Радиоинтерфейс
физического уровня должен совмещать в себе следующие функции:
§ модуляция и демодуляция;
§ передатчик и приемник коммутации;
§ Радиочастотные характеристики;
§ битовая и символьная точность;
§ частотная и символьная синхронизация;
§ построение коротких посылок.
Модуляция
Тип модуляции,
применяемый в DMR — 4FSK (4-х уровневая частотная манипуляция). Каждая пара бит
информации определяет частотный сдвиг относительно несущей частоты (рисунок 2).
Огибающая в этом типе модуляции носит постоянный характер (constant-envelope),
что предоставляет значительные преимущества по потреблению и построению схемы
передатчика: отсутствуют жесткие требования по обеспечению линейности тракта
передачи.
Рисунок 2 — Принцип 4FSK модуляции
- Модуляция посылает 4 800 символов/с, с каждым символом транспонируется 2 бита информации.
- Максимальное отклонение D символа определяется следующим образом:
D = 3h / 2T,
где:
- h индекс отклонения (определяется для конкретной модуляции);
- T это время символа (1/4 800 ) в с.
§ Индекс отклонения.
Таблица 3
Информационные биты
Символ
4FSK смещение
Бит 1
Бит 0
0
1
+3
+1,944 kHz
0
0
+1
+0,648 kHz
1
0
-1
-0,648 kHz
1
1
-3
-1,944 kHz
4FSK модулятор
4FSK
модулятор состоит из фильтра «квадратного корня из приподнятого косинуса»,
соединённого с частотным модулятором, как показано на рисунке 3.
Рисунок 3 — Структурная схема
модулятора 4FSK
«Корень квадратный из приподнятого косинуса» реализован для
4FSK таким образом, что фильтр Найквиста, возведенный в степень косинуса, используется
для передачи результатов фильтрации, а также используется приемником для
удаления шума.
АЧХ фильтра
задается приближенно следующими формулами:
4FSK модулятор должен иметь установленное отклонение, чтобы
обеспечить надлежащий сдвиг фазы несущей для каждого модулированного символа. Отклонение
устанавливается с помощью тестового сигнала, состоящего из следующего потока
символов:
... + 3 +3 -3 -3 +3 +3 -3 -3 ...
Этот тестовый сигнал обрабатывается с помощью модулятора,
чтобы создать 4FSK сигнал эквивалентный
синусоиде на 1,2 кГц модулированного ЧМ-сигнала с пиковым отклонением равным:
2 × 1 944 Гц = 2 749Гц.
Временное разделение
Одним из основных
преимуществ DMR является то, что он позволяет на одной несущей с шириной канала
12,5 кГц поддерживать два одновременных и независимых звонка. Это достигается
за счет использования технологии TDMA. Технология TDMA сохраняет ширину канала
12.5 кГц и делит его на два временных интервала (тайм - слота), где каждый из
них действует как отдельный логический канал связи (рисунок 4).
Рисунок 4 — Принцип TDMA
Каждый кадр TDMA кадр (фрейм) имеет длину 60 мс и состоит из двух слотов по 30
мс. Как правило, один вызов будет использовать слот 1, а другой вызов будет
использовать слот 2. Для систем, использующих БС, мобильная станция синхронизируется
с базовой станцией. Для этого в центре каждой посылки находятся данные
синхронизации.
На рисунке 5 рассмотрена структура сформированной посылки.
Рисунок 5 — Структура сформированной
посылки, передаваемой по одному time слоту
Как уже было сказано, каждая посылка имеет максимальную
длительность 30 мс, 27,5 мс которой содержит 264 бит информации, 216 бит из
которых – полезная нагрузка, позволяющая передавать 60 мс сжатой речи.
Отсюда скорость передачи данных будет определяться:
R = 264
бит/(30-2.5) = 9,6
кбит/с.
Список используемой литературы:
1. ETSI TS 102 361-1 V2.2.1 (2013-02) "Electromagnetic compatibility and Radio spectrum Matters (ERM); Digital Mobile Radio (DMR) Systems; Part 1: DMR Air Interface (AI) protocol"
2.http://www.budaphone.com/img/up/files/etsi_dmr.pdf
3. http://telecomserv.ru/1390 "Сравнение цифровых технологий DMR - TETRA"