Проектирование РПУ мобильного терминала системы цифровой сотовой связи стандарта GSM-1800 - Курсовая работа

Стандарты в области связи необходимы для обеспечения совместимости технических решений, предлагаемых различными компаниями - производителями аппаратуры, то есть для обеспечения возможности и удобства работы на общем рынке систем сотовой мобильной связи всех ее участников - изготовителей аппаратуры, сервис-провайдеров и операторов. Цифровая система сотовой мобильной связи стандарта GSM представляет собой сотовою систему второго поколения (G2). Одним из наиболее привлекательных аспектов цифровых методов передачи является то, что они более эффективны в условиях сильных радиопомех и обеспечивают более высокую емкость систем, по сравнению с аналоговыми методами первого поколения сотовых систем. Преимущества цифровых методов, применяемых в сотовой системе мобильной связи стандарта GSM, сводятся к следующим: · Цифровое кодирование речи с более низкими скоростями. Цифровые системы, вероятно, должны функционировать в условиях значительно более сильных соканальных помех, что дает возможность проектировщикам уменьшать размеры сот (например, организация микро/пикосот) и расстояния между сотами, повторно использующими одни и те же частоты, и даже упрощать структуру переиспользования частот.GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) - гауссовская модуляция (точнее манипуляция) с минимальным частотным сдвигом (shift keying - манипуляция переключения сдвигом или переключения скачком), используемая в стандарте GSM, по сути есть не что иное, как двоичная цифровая частотная модуляция (ЧМ с гауссовской предварительной фильтрацией (полоса гауссовского фильтра равна В = 81,3 КГЦ). Если в передатчике частотная девиация осуществляется согласно выражению [1]: [1] где Tb - длительность бита входной цифрой последовательности (при мчм=?FPPТЬ=1/2), то можно реализовать когерентную модуляцию/демодуляцию сигналов с минимальным частотным сдвигом MSK (Minimum Shift Keying). На рисунке 1 показана возможность получения частотной модуляции с помощью частотного генератора, управляемого напряжением (ГУН). Модулятор ЧМ, использующий ГУН с девиацией частоты, определяемой по формуле [1], - возможный вариант формирования радиосигналов с MSK. Логическому состоянию «1» соответствует частота f2, а логическому состоянию «0» (уровень напряжения цифровых данных Uo =-1 В) - частота f1.Метод MSK обычно рассматривают как метод квадратурной фазовой манипуляции со смещением OQPSK (Offset Quadrature Phase Shift Keying), но с заменой (в MSK) прямоугольных модулирующих импульсов [(длительностью 2Tb) в OQPSK] на полуволновые отрезки синусоид или косинусоид (длительностью также 2Tb). Рассмотрим структурную схему модема (модулятор/демодулятор) MSK, приведенную на рис.Частотно-манипулированный сигнал Sfsk(t) можно рассматривать как гармонический сигнал (синусоидальный или косинусоидальный), частота которого может принимать два значения: [3] Тогда сигнал MSK может быть записан следующим образом: [6] 3 в схеме модулятора сигналов MSK оконечная его часть реализует выражение [6]: сигнал немодулированной несущей с частотой f0 перемножается (для этого в балансном смесителе выбран нелинейный режим, позволяющий реализовать перемножение) с синфазным Итак, в формирователях импульсов ФИ должны формироваться импульсы в виде полуволновых отрезков косинусоид и синусоид, длительностью 2Tb, являющихся модулирующими сигналами для модулятора MSK. Этот сигнал подается на вход блока ППП (последовательно-параллельного преобразователя), который разделяет цифровой поток на два потока: at{t) - синфазный (нечетные биты);20), сигнал вместе с шумом попадает в демодулятор MSK (см. рис. 3) и поступает по трем цепям, включая: две цепи в схеме перемножений по двум I(t) и Q(t) квадратурным сигналам; Схема СВН выдает в перемножители сигналы восстановленной несущей f = f0 ± ?f, при этом используется задержка на 90° в фазовращателе сигнала, чтобы сформировать затем квадратурный сигнал Q(t).Модулятор GMSK отличается от модулятора MSK только тем, что перед схемой ППП включен предмодуляционный гауссовский фильтр нижних частот (ГФНЧ) с амплитудно-частотной характеристикой в форме гауссовской кривой (см. рис. 2), который приводит к следующим изменением в MSK: уменьшается ширина главного лепестка и уровни боковых лепестков спектральной плотности (формула (10)), что приводит к увеличению спектральной эффективности модулятора; выбор полосы ГФНЧ, равной В?0,3/Тв, для GMSK позволяет, с одной стороны, сузить спектр цифрового сигнала, а с другой, увеличивает уровень межсимвольных искажений (то есть взаимное наложение символов друг на друга). Частотная и импульсная характеристики ГФНЧ определяются следующими выражениями [1]: [13], [14] где В - ширина частотной полосы ГФНЧ по уровню ЗДБ. Таким образом, модулятор GMSK представляет собой соединение ГФНЧ и модулятора MSK.Применение интегральных микросхем существенно уменьшило размер, стоимость и потребляемую мощность приемников.В приемном тракте устройства достаточно часто используется архитектура с одним (Single-Conversion) или двойным преобразованием (Double-Conversion)

Содержание

Введение

Структура стандарта

Общие характеристики стандарта

1. GMSK - модуляция

2. Метод MSK

3. Модулятор MSK

4. Демодулятор MSK

5. Модем (модулятор/демодулятор) GMSK

6. Архитектура тракта приема

6.1 Супергетеродинные приемники

6.2 Тракт приема с двойным преобразование частоты

7. Архитектура тракта передачи

7.1 Квадратурные модуляторы

7.2 Прямая квадратурная модуляция

7.3 Прямая модуляция

7.4 Прямая модуляция с удвоением частоты

7.5 Квадратурный модулятор внутри петли ФАПЧ

8. Синтезаторы

9. Выполнение технического задания

9.1 Расчет полосы сигнала

9.2 Нестабильность частоты

9.3 Расчет по мощности

9.4 Частотный план

9.5 Принципиальная схема синтезатора

9.6 Описание работы приемопередатчика стандарта GSM - 1800

9.7 Расчет принципиальной схемы опорного кварцевого генератора

Выводы

Список используемой литературы

Структура стандарта

Стандарты в области связи необходимы для обеспечения совместимости технических решений, предлагаемых различными компаниями - производителями аппаратуры, то есть для обеспечения возможности и удобства работы на общем рынке систем сотовой мобильной связи всех ее участников - изготовителей аппаратуры, сервис-провайдеров и операторов.

Вопросами стандартизации в области связи и в смежных областях занимается большое число организаций - всемирных, региональных и национальных.

Цифровая система сотовой мобильной связи стандарта GSM представляет собой сотовою систему второго поколения (G2). Выбор цифровой технологии и последующих поколениях сотовых систем является фундаментальным и, вероятно, необратимым решением.

Одним из наиболее привлекательных аспектов цифровых методов передачи является то, что они более эффективны в условиях сильных радиопомех и обеспечивают более высокую емкость систем, по сравнению с аналоговыми методами первого поколения сотовых систем.

Преимущества цифровых методов, применяемых в сотовой системе мобильной связи стандарта GSM, сводятся к следующим: · Цифровое кодирование речи с более низкими скоростями. Низкоскоростное кодирование речи, совместимое с методами цифровой модуляции, позволяет передавать несколько речевых каналов на одной несущей, увеличивая тем самым эффективность использования спектра.

· Цифровая модуляция, позволяющая повысить эффективность использования частотного спектра по сравнению с аналоговыми методами.

· Гибко изменяемая ширина полосы частот.

· Более высокая помехоустойчивость. Цифровые системы имеют более высокие характеристики по сравнению с аналоговыми в условиях сильных соканальных (или внутренних) помех (CCI, Co-Channel Interference) и помех по соседнему каналу (ACI, Adjacent Channel Interference). Это одна из решающих причин в пользу принятия цифровой технологии для второго и третьего поколений сотовых систем. Цифровые системы, вероятно, должны функционировать в условиях значительно более сильных соканальных помех, что дает возможность проектировщикам уменьшать размеры сот (например, организация микро/пикосот) и расстояния между сотами, повторно использующими одни и те же частоты, и даже упрощать структуру переиспользования частот. Эти параметры и указанные геометрические изменения увеличивают общую емкость сотовых сетей мобильной связи

· Снижение потерь емкости на сигнализацию.

· Повышенная эффективность управления доступом и передачей вызова. Для фиксированного распределения спектра частот большее увеличение емкости подразумевает соответствующее уменьшение размеров сот. Это значит, что нагрузка на каналы сигнализации возрастает, т.к. происходит более частая передача вызова. В каждой соте базовая станция должна обрабатывать большее количество запросов на доступ и регистрацию от всей совокупности движущихся абонентов. Эти функции могут выполняться просто и быстро с помощью цифровых методов.

В целом, система мобильной связи стандарта GSM рассчитана на ее использование в коммерческой сфере. Она представляет пользователям широкий спектр услуг и возможности применения разнообразного оборудования для передачи речевых сообщений и данных, сигналов вызова и аварийных сигналов, а также дает возможность подключения к телефонным сетями общего пользования, сетям передачи данных и цифровым сетям с интеграцией услуг.

По сравнению с другими широко распространенным стандартам цифровых сотовых мобильных систем связи стандарт GSM обеспечивает: · Лучшие энергетические характеристики;

· Более высокое качество связи;

· Безопасность связи и ее конфиденциальность;

Достаточно высокое качество принимаемых речевых сигналов в стандарте GSM обеспечивается при отношении сигнал/шум на выходе приемника C/N = 9ДБ, а энергетические затраты в реальных канал связи (при замирании радиосигналов) на 6..10ДБ ниже по сравнению со стандартом D-AMPS (США). Стандарт GSM, кроме того, предоставляет своим пользователям ряд услуг, которые не реализованы (или реализованы не полностью) в других стандартах сотовой связи. К ним относятся следующие: · Использование SIM - карт для обеспечения доступа к каналам услугам связи;

· Шифрование передаваемых сообщений;

· Аутентификация абонента и идентификация абонентского оборудования по криптографичеким алгоритмам;

· Закрытый от прослушивания радиоинтерфейс;

· Использование служб коротких сообщений SMS (Short Message Services), предаваемым по каналам сигнализации;

· Автоматический роуминг абонентов различных сетей GSM в национальном и международном масштабах;

· Межсетевой роуминг абонентов GSM с абонентами сетей стандартов DCS 1800, PCS 1900, а также со спутниковыми сетями персональной связи (Globalstar, Inmarsat-P, Iridium).

В соответствии с рекомендациями CEPT стандарт GSM-1800 цифровой общеевропейской сотовой системы наземной мобильной связи предусматривает работу передатчиков в двух диапазонов частот: · Полоса частот 1710..1785 МГЦ - для передачи сообщений с мобильной станции на базовую;

· Полоса частот 1805..1880 МГЦ - для передачи сообщений с базовой станции на мобильную.