Digitlis modulci

Fordts:Honfy gnes

Lektor:Honfy Jzsef

2005

1. Mirt vlasszuk a digitlis modulcit?

A digitlis modulcira val tvlts nagyobb informci kapacitst biztost, kompatibilitst a digitlis adatszolgltatsokkal, magasabb adatvdelmet, jobb kommunikcis minsget s gyorsabb rendszerelrhetsget. A kommunikcis rendszerek tervezi a kvetkez korltokkal szembeslnek:

az elrhet svszlessg

a megengedett teljestmny

a rendszerre jellemz zajszint.

Az RF spektrumot meg kell osztani, mivel nap mint nap egye tbb felhasznl kvn hozzfrni ehhez a spektrumhoz s kvnja ignybe venni a kommunikcis rendszerek szolgltatsait. A digitlis modulcis mdszerek nagyobb kapacitst biztostanak nagy adatmennyisgek tovbbtsra, mint az analg mdszerek.1.1 Az egyszersg s a svszlessg kompromisszumot kt

A kommunikcis rendszerek egy alapvet komprumisszumra plnek. Egyszer hardver is hasznlhat az adkban s a vevkben az informci tovbbtsra, de ez akkora spektrumot hasznl fel, amely nagy mrtkben leszkti a lehetsges felhasznlk szmt. Az alternatva az, hogy sokkal sszetettebb adkkal s vevkkel tovbbtsuk ugyanazt az adathalmazt, azonban sokkal kisebb svszlessg mellett. A spektrlis hatkonysg nvelse egyre sszetettebb hardvert kvn meg. Az sszetett hardvert pedig nehezebb megtervezni, tesztelni s elkszteni. Ezt a kompromisszumot meg kell ktni, legyen az sugrzott, vagy vezetkes tvitel, analg, vagy a digitlis modulcival.(F.1.)

1.2 Ipari irnyvonalak

Az elmlt nhny vben a legfbb vlts az egyszer analg AM-rl s FM/PM-rl az jfajta digitlis modulcis technolgira val tlls volt. Digitlis modulci pldul:QPSK (kvadratra-fzisbillentyzs)

FSK (frekvencia-billentyzs)

MSK (minimlis vltozs billentyzs)

QAM (kvadratra amplitdmodulci)

A komplexits egy jabb rtege szmos rendszerben a multiplexls. Ennek kt alapvet tpusa a TDMA (Time Division Multiple Acces) s a CDMA (Code Division Multiple Acces) Ez kt klnbz mdszer, amely a jeltviteli utak tbbszrs kihasznlsra szolgl, azaz tbb klnbz, egymstl valamilyen mdon megklnbztetett jelet kldhetnk egyszerre(F.2.).

2. I/Q modulci hasznlata az adattovbbtsban2.1 AdatsugrzsA rdicsatornban az adattvitel hrom lpsben trtnik:

Az ad generl egy egyszer vivt.

A vivt modulljuk a tovbbtand adattal. Minden szlelhet vltozs a jel jellemziben hordozhat informcit.

A vev a jelben trtnt vltozsokat felismeri s demodullja.

2.2 A jel vltoztathat jellemziEgy jelnek csupn hrom olyan jellemzje van, melyet idben vltoztathatunk:amplitd, fzis,frekvencia.Mindazonltal a fzis s a frekvencia nem ms, mint ugyanannak a jelbeli vltozsnak a ktfle mdon val megkzeltse s mrse (F.3.)

AM esetn egy nagyfrekvencis viv a modull adatjel pillanatnyi amplitdjval arnyosan vltozik. Az FM a legkedveltebb analg modulcis technika, amelyet a mobil kommunikcis rendszerekben hasznlnak. FM esetn a viv amplitdja lland marad, mg annak frekvencijt vltoztatja meg a modull adatjel.

Az amplitd s a fzis egyszerre, vagy kln is vltoztathat, de ezt nehz generlni s klnskpp nehz detektlni. Ehelyett a gyakorlatban a jelet fggetlen komponensekre bontjk:I (In phase), vagyis azonos fzis ill.Q (Qudrature), azaz kvadratra komponensekre. Ezek ortogonlisak egymssal, gy nem kerlnek interferenciba egymssal.

2.3 A polris megjelentsegytt brzolja az amplitdt s a fzist

Az amplitd s a fzis brzolsnak egyszer mdja a polris-diagram. Itt a viv frekvencia- s fzis-referenciaknt jelenik meg, a jelet a vivhz val viszonyval adjuk meg. A jelet polris alakban amplitdjval s fzisval adjuk meg. A fzis egy referencia-jelhez viszonyul, amely a legtbb rendszerben maga a viv. Az amplitd vagy abszolt vagy relatv rtk, mindkt forma hasznlatos a digitlis kommunikcis rendszerekben. A polr-diagram az alapja szmos megjelentsi formnak a digitlis kommunikciban, br megszokott dolog a jelvektor lersa az azonos fzis (I) s a kvadratra (Q) komponensek derkszg koordintinak megadsval is (F.5.).

2.4 A jel vltozsa a sugrzsi jelleggrbn

Az F.6. bra a klnbz modulcis mdok lerst mutatja be a polris diagram segtsgvel. Az amplitdt a kzpponttl val tvolsg, a fzist a szg adja meg.

Az amplitdmodulci (AM) csak a jel amplitdjt vltoztatja meg. A fzismodulci (PM) csak a jel fzist. Ezt a kettt egyszerre is alkalmazhatjuk. A frekvenciamodulci (FM) hasonlt a fzismodulcihoz, br a frekvencia gyakrabban az ellenrztt paramter, mint a relatv fzis.AZ RF tervezs nehzsgt jl pldzza az egyszer amplitdmodulci. AM generlsakor, ha nem kapcsolunk hozz szgmodulcit, egy egyenes vonalat kaphatunk a polrdiagramon, amely vonal az origtl az amplitd cscsrtkig nylhat. A gyakorlatban azonban ez a vonal nem egyenes. Az amplitdmodulci nmagban gyakran okozhat nmi vletlen fzismodulcit. Ennek eredmnye hullmos vonal. Hurokk is vlhat, ha a rendszer tviteli fggvnyben brminem hiszterzis elfordul. Az ilyen kismrtk zavar elkerlhetetlen akrmilyen rendszerben, ahol a modulci amplitdvltozsokkal jr. Ezrt a rendszer effektv amplitd modulcijnak foka nhny torztsi paramterre is kihat.2.5 Azonos fzis ill. kvadratraformtumok

A digitlis kommunikciban a modulcit gyakran fejezzk ki az azonos fzis (I) ill. (Q) kvadratra kifejezsekkel. Ez a polris diagram derkszg megfelelje. Egy polrdiagramon az azonos fzis (I) tengely a nulla fok fzisreferencira illeszkedik, a (Q) kvadratra tengely ehhez kpest 900-kal elforgatott. A jel vektort az I tengelyre levettve kapjuk meg a jel azonos fzis (I) komponenst, a Q tengelyre vettve pedig a (Q) kvadratrakomponenst (F7).

2.6 Az I s Q komponensek az ad-oldalonAz I/Q diagram jelentsge, hogy azt tkrzi, hogyan keletkezik a digitlis kommunikcis jel egy I/Q modultorban. Az adban ugyanaz a helyi oszcilltor (LO) szorozza meg az I s Q jeleket. Az oszcilltor egyik csatornjn egy kilencven fokos fzistol helyezkedik el. Az egymstl kilencven fokban eltolt fzis jeleket derkszgnek vagy ortogonlisnak is nevezik. A fziskvadratrban lv jelek nem zavarjk egymst. A jelnek kt fggetlen komponense van. Amikor ezeket sszeadjk, akkor egy kompozit kimen jel keletkezik. Azonos fzisban (I), illetve fziskvadratrban (Q) kt kt fggetlen jel van teht, amelyek egyszer ramkrk segtsgvel sugrozhatk ki s vehetk. Ez a tny megknnyti a digitlis rdi-sszekttetsek tervezst. Az I/Q modulci legfbb elnye, hogy szimmetrikusan kombinlhatk az egymstl fggetlen jelkomponensek egyetlen kompozit jell, amely ksbb jbl sztvlaszthat.

2.7 Az I s a Q komponensek a vevben

A kompozit jel, mely az adatokat az amplitdjban s a fzisban ( vagy pedig az I s Q komponenseiben) tartalmazza, a vev bemenetre rkezik. A vett jelet kt gra bontva megszorozzuk a helyi oszcilltor jelvel a amely viv frekvencijn rezeg. Az egyik gban a szorzs egy tetszlegesen megvlasztott nullfzisban trtnik (F.9.)

A msik g jele 900-os fziseltols. A kompozit bemen jel (annak amplitdja s fzisa) gy egy azonos fzis (I) s egy kvadratra (Q) komponensre vlik szt. Ez a kt sszetev egymstl fggetlen s ortogonlis. Az egyiket a msik befolysolsa nlkl vltoztathatjuk meg ltalban az informci nem brzolhat polris alakban s nem adhat meg algebrai alakban anlkl, hogy ne vgeznnk el a megfelel talaktst a kt alak kztt. Ez az talakts pontosan az, ami az azonos fzis s a kvadratra komponens sszekeversekor trtnik egy digitlis rdiban. Egy helyi oszcilltor, fzistol s kt kever pontosan s hatkonyan el tudja vgezni ezt az elbbi talaktst.2.8 Mirt hasznljuk az I/Q-t?

A digitlis modulcit knnyen elvgezhetjk I/Q modultorokkal. A legtbb digitlis modulci-fajta az adatot az I/Q skon diszkrt rtkekhez ktve brzolja. Ezeket a pontokat hvjk a konstellcis pontoknak. Ahogy a jel az egyiktl a msik fel halad, egyidej amplitd- s fzisvltozs kvetkezik be. Hogy ezt elrjk egy amplitdmodultorral s egy fzismodultorral, az bonyolult s nehz feladat. s egyenesen lehetetlen egy hagyomnyos fzismodultorral. A jel alapjban vve a vgtelensgig keringhetne a kezdpont krl egy irnyba, ehhez vgtelen fzislptet kapacitst ignyelve. Ugyanakkor az egyidej amplitd- s fzismodulci knnyen elvgezhet egy I/Q modultorral. Az I s a Q jelek ktttek, de vgtelen szm fzishullm keletkezhet az I/Q jelek pontos fazisballtsval.3. A digitlis modulci fajti s azok viszonylagos hatkonysgaEbben a fejezetben a fbb digitlis modulci-fajtkat trgyaljuk, azok legfbb alkalmazsait, viszonylagos spektrlis hatkonysgukat, s megemltjk a legfbb tpusok nhny vltozatt, melyek a gyakorlatban hasznlatosak. Szerencsre meghatrozott szm modulcifajta van, melyekre a ltez rendszerek plnek.3.1 Alkalmazsok

Az albbi tblzat a vezetk nlkli komminkci s a videoalkalmazsok ltal hasznlt klnfle modulcifajtkat sorolja fel.

Br ez a tanulmny a vezetk nlkli kommunikcit lltja a kzppontba, a videoalkalmazsok is helyet kaptak a tblzatban, hogy a felsorols teljes legyen, s mert azok hasonlatosak ms vezetk nlkli kommunikcis fajtkhoz.

3.1.1 Bitrta s szimblumrta

Hogy megrtsk s ssze tudjuk hasonltani a klnbz modulcis fajtk hatkonysgt, elszr is fontos megrtennk, a bitrta s a szimblumrta kztti klnbsget. A jel svszlessge, amit a kommunikcis csatornn ignyel, a szimblumrttl fgg, nem a bitrttl.

A bitrta egy rendszer bitfolyamnak frekvencija.Vegynk pldul egy adt egy 8 bites muntavev rendszerrel, amely 10 kHz-cel vesz mintt a hangjelekbl. A bitrta, az alapvet bitfolyam sebessge az adban: 8 bit szorozva 10K mintval msodpercenknt, azaz 80 Kbit msodpercenknt. (Pillanatnyilag elhanyagoljuk a szinkronizcihoz, hibakorrekcihoz stb. szksges extra biteket.)

Az F.10. bra egy QPSK jel llapotdiagramja. Az llapotokat nullkkal s egyesekkel brzolhatjuk. Ez egy ltalnosan elterjedt diagramfajta, de lteznek msflk is.

A szimblumrta teht a bitrta osztva azon bitek szmval, melyek egy szimblummal tovbbtsra kerlhetnek. Ha szimblumonknt egy bit kerl sugrzsra, mint a BPSK esetn, akkor a szimblumrta megegyezik a bitrtval, ami a pldnkban 80 Kbit/sec. Ha kt bit kerl sugrzsra szimblumonknt, mint a QPSK esetn, akkor a szimblumrta a bitrta fele lesz, azaz 40 Kbit/sec. A szimblumrtt nha baudrtnak is hvjk. Jegyezzk meg, hogy a baudrta nem ugyanaz, mint a bitrta! Ezeket a kifejezseket sokan sszekeverik.Ha tbb bitet sugrozhatunk ki szimblumonknt, akkor ugyanazt az adatmennyisget egy keskenyebb spektrumon sugrozhatjuk ki. Ezrt van az, hogy a bonyolultabb, nagyobb llapotszm modulcifajtk ugynazt az informcit az RF spektrum keskenyebb svjn kpesek tovbbtani.3.1.2 Spektrlis (svszlessgi) kvetelmnyek

Az, hogy hogyan befolysolja a szimblumrta a spektrlis kvetelmnyeket egy pldn lthat a nyolcllapot fzisbillentyzs esetn (8PSK). Ez a PSK egy vltozata. Nyolc lehetsges llapota van, amit a jel felvehet. A jel fzisa a nyolc rtk kzl brmelyiket felveheti brmelyik szimblumidben. Mivel 23 = 8, ez szimblumonknt hrom bitet jelent, vagyis a szimblumrta a bitrta harmada. Ezt viszonylag knny dekdolni.

3.1.3 rajel (Szimblumra)Az rajel az egyes szimblumok sugrzsnak frekvencijt s pontos idztst biztostja. (Szimblum)rajel-tmeneteknl az tvitt viv a pontos I/Q (vagy amplitd/fzis) rtken van, hogy egy meghatrozott szimblumot jelentsen meg (azaz egy bizonyos pontot az konstellcis diagramon).3.2 Phase Shift Keying (fzisbillentyzs)Az egyik legegyszerbb fajtja a digitlis modulcinak a ktllapot PSK, a BPSK. Ilyet hasznlnak pldul a mlyri telemetriban. Egy lland amplitdj viv fzisa nulla s 180 fok kztt mozog. Az I/Q diagrammon az I kt lehetsges rtket vehet fel, vagyis az egy binris egyet vagy nullt sugrozhatunk ki. A szimblumrta szimblumonknt egy bit.Egy sokkal gyakoribb modulci tipus a QPSK. Elterjedt az alkalmazsa a CDMA cellulris szolgltatsokban, a vezetk nlkli helyi hlzatokban (WLAN), az Iridium rendszerben (ami egy hang- s adatforgalm mholdas rendszer) s a DVB-S (digitlis vide msorszrs mholdrl) rendszerben.

A kvadratra azt jelenti, hogy a jel olyan fzisllapotok kztt vltozik, amelyek egymstl 90 foknyira vannak. A jel 90 fokos ugrsokkal lp 450, 1350, -450 vagy -1300 valamelyikbe. Azrt ppen ezen pontok valamelyikbe, mert ezeket a pontokat knny egy I/Q modultort hasznlva ellltani. Csak kt I s csak kt Q rtk szksgeltetik, ami szimblumonknt kt bitet jelent. Ngy llapota ltezik, mivel 22 =4. Ez a modulcifajta teht sokkalta hatkonyabb svszlessg kihasznls szempontjbl, mint a BPSK, potencilisan akr ktszeresen olyan hatkony is lehet.3.3 FSK

A frekvenciamodulci s a fzismodulci kzeli kapcsolatban llnak egymssal. Egy 1 Hz-es lland frekvencia billentyzs azt jelenti, hogy a fzis folyamatosan, 360 fok/msodperc arnnyal (2 rad/sec) siet a billentyzetlen jel fzishoz kpest. Az FSK-t (Frequency Shift Keying) szmos alkalmazsban hasznljk, tbbek kzt a cordless (vezetk nlkli) s a pager (szemlyhv) rendszerekben. Jellegzetes FSK modulcit hasznl vezetk nlkli rendszer a DECT (digitlis, nvelt hatkonysg, vezetk nlkli telefnia) s a CT2-t (vezetk nlkli telefnia 2).FSK esetn a viv frekvencija a modull jel (adat) fggvnyben vltozik meg. Az amplitdja vltozatlan marad. Binris FSK (BFSK vagy 2FSK) esetn az 1 rtket az egyik, a 0 rtket amsik frekvencia jelenti.

3.4 MSK

Mivel a frekvenciaeltols fziseltolst is okoz, a frekvenciaeltolst gy is detektlhatjuk, hogy mintt vesznk a fzisbl minden egyes szimblumjelnl. A fziseltolst knnyen felfedezhetjk I/Q demodultort hasznlva. Pros szm szimblumjeleknl az azonos fzis csatorna polaritsa kzvetti a sugrzott adatot, pratlanoknl a kvadratr. Az I/Q kzti ortogonalits leegyszersti a detektl algoritmusokat, s gy cskkenti a teljestmnyignyt is a mobil vevben. A minimlis frekvenciabillentyzs, amely ezt az ortogonalitst okozza az I s a Q kztt az, amely szimblumjelenknt radin fziseltoldst okoz (szimblumjelenknt 90 fokot). Az FSK-t ezzel a devicival MSK-nak (minimlis frekvenciabillenytzsnek) hvjuk.

A devicinak pontosnak kell lennie, hogy megismtelhet 90 fokos fziseltolsokat generlhasson. Az MSK-t hasznlja a GSM cellarendszer szabvny is. Egy +90 fokos fziseltols az 1 rtknek megfelel adatbitet jelent, -90 fok pedig 0-t. A cscstl-cscsig frekvenciabillentyzs egy MSK jelben megegyezik a bitarny felvel.Az FSK s az MSK lland burkolgrbj vivjeleket eredmnyez, melyekben nincs amplitdvltozs. Az adk hatkonysgnak nvelse szempontjbl ez igen kvnatos tulajdonsg. Az amplitdvltozsok nemlinearitsokhoz vezethetnek az erstben amplitd-talaktskor, ezzel olyan spektrlis nvekmny keletkezhet, amely mr a szomszdos csatorna teljestmnynek sszetevje. Evgett hasznlhatunk sokkal hatkonyabb erstket (amelyek kevsb linerisak) az lland burkolgrbj jelekkel, hogy lecskkentsk a teljestmnyfelhasznlst.Az MSK spektruma keskenyebb mint a nogyobb devicij FSK-. A spektrum szlessgt befolysolja az is, hogy milyen hullmforma okozza a frekvenciaeltolst. Ha a hullmformnak gyors a jeltmenete, vagy magas a jelvltozsi sebessge, akkor az ad spektruma szles lesz. A gyakorlatban a hullmformkat egy Gauss-szr formlja, hogy keskenyebb legyen a spektrum. Tovbb a Gauss-szrnek nincs idtartomnybli tlvezrlse, amely szlesten a spektrumot a cscslket nvelsvel. A Gauss-szrvel elltott MSK-t hvjuk GMSK-nak.3.5 Kvadratra amplitdmodulci

A digitlis modulci egy tipikus fajtja a kvadratra amplitdmodulci (QAM). Ezt a modulcit tipikusan a mikrohullm digitlis rdizsban, a digitlis kbeltelevzis rendszerekben (DVB-C) s a kbelmodemekben, tovbb a digitlis fldi sugrzott televzis rendszerekben (DVB-T) hasznljk.A 16 llapoto QAM esetn ngy I s ngy Q rtk van. Ez sszesen 16 lehetsges llapotot jelent a jel szmra. A jel brmely llapotrl brmely llapotra tmehet minden szimblum idben. Mivel 16=24, szimblumonknt 4 bit kldhet. Ez 2 bit az I s 2 bit a Q szmra. A szimblum jelarny negyede a bitarnynak. gy ez a modulcis forma egy spektrlisan sokkal hatkonyabb sugrzst biztost, mint az eddigiek. Hatkonyabb, mint a BPSK, QPSK vagy a 8PSK. Jegyezzk meg, hogy a QPSK ugyanaz, mint a 4QAM. Egy jabb lehetsg a 32QAM. Ez esetben 6 I s 6 Q rtknk van, ami 36 lehetsges llapotot eredmnyez (66=36). Ez tl sok llapot kett hatvnynak, a legkzelebbikett hatvny 32, gy a 4 szglet-szimblumjel llapotot, melyek a legtbb teljestmnyt veszik fel a sugrzshoz, kihagyjuk. Ezzel lecskken a cscsteljestmny, amelyet az adnak generlnia kell. Mivel 25=32, 5 bit jut egy szimblumra, a szimblum jelarny a bitarny egytde. Konstellcis brjt az F.14. bra mutatja.

A jelenlegi gyakorlat fels hatra krlbell a 256QAM, br mr folynak a kutatsok ennek 512 vagy 1024QAM-re val feltornzsra. Egy 256QAM-es rendszer 16 I s 16 Q rtkkel mkdik, ez 256 lehetsges llapotot jelent. Mivel 28=256, minden szimblumjel 8 bitet jelenthet. Egy 256QAM-es rendszer szimblumonknt 8 bitet sugrozhat teht, ami spektrlisan nagyon hatkonynak szmt.Ugyanakkor a szimblumjelek nagyon kzel vannak egymshoz, gy nagyobb az eslye a zaj, vagy torzts okozta hibknak. Egy ilyen jelet extra teljestmnnyel kell kisugrozni (ahhoz, hogy hatkonyan vigyk t a szimblumjeleket, pedig mg tbbel), ez viszont lecskkenti a teljestmnybeli hatkonysgot az egyszerbb rendszerekhez kpest.Hasonltsuk ssze a svszlessg-hatkonysgot egy 256QAM s egy BPSK modulci esetn a 3.1.1 fejezet rdis pldjban (amely rdi egy 8-bites mintavevt hasznl 10kHz melletti hangminta vtelhez). A BPSK 80 Ks/s-sel szimblumonknt 1 bitet kld. Egy 256QAM-et hasznl rendszer szimblumonknt 8 bitet kld, ezzel a kdarny 10 Ks/s. A 256QAM rendszer ugyanakkora adatmennyisget mint a BPSK, a svszlessgnek csupn 1/8-n. Ugyanakkor itt is kompromisszumra knyszerlnk. A rdink sokkal bonyolultabb lesz, s sokkal fogkonyabb a hibkra, melyeket a zaj s a torzts okoz. A magasabbrend QAM rendszerek mint ez az elbbi is hibaarnya sokkal gyorsabban gyengl, mint a QPSK-, amint zaj s interferencia is megjelenik. Ennek a gyenglsnek a mrtke egy nagyobb bithiba arnyban (BER) jelenik meg.

Brmely digitlis modulcis rendszerben, ha a bemen jel torzult vagy komolyan csillaptott, akkor a vev teljesen el is vesztheti a kd-rajelet. Ha a vev nem kpes tbb visszafejteni a kd-rajelet, akkor nem tudja demodullni a jelet vagy visszafejteni belle brmilyen adatot. Kevesebb gyengls mellett a kd-rajel visszafejthet, de zajos lesz, s maguk a kdhelyek is zajosak lesznek. Nhny esetben a kd akr olyan messze eshet a kvnt pozcijtl, hogy egy msik, szomszdos pozcira fog tkerlni. Az I s a Q szintdetektorok, amiket a demodultor hasznl, az ilyen rossz helyre kerlt kdot tvesen rtelmezik, s ez bithibkhoz vezet.

A QPSK teht nem annyira hatkony, viszont az llapotok sokkal tvolabb vannak egymstl, ezrt a rendszer sokkal tbb zajt kpes elviselni mieltt kdhibk lpnnek fel. A QPSK-nak nincsenek kzbens llapotai a ngy sarok-kdi pozci kztt, gyhogy kevesebb a lehetsge annak, hogy a demodultor tvesen interpretlja a kdokat. A QPSK kevesebb adteljestmnyt ignyel a QAM-nl hogy elrje ugyanazt a bithibaarnyt.

3.6 Elmleti svszlessgi hatkonysgi korltok

A svszlessg hatkonysg azt rja le, hogy milyen hatkonyan kerl hasznostsra a lefoglalt svszlessg, vagy mskpp a modulci tpusnak azt a kpessgt, hogy hogyan kpes elhelyezni az adatokat egy behatrolt svszlessgen bell. Az albbi tblzat bemutatja az elmleti svszlessg hatkonysgi korltokat a fbb modulcis tpusok esetn. Jegyezzk meg, hogy ezek az adatok nem elrhetk a gyakorlati rdizsban, mivel tkletes modultorokra, demodultorokra, szrkre s terjedsi tvonalakra lenne hozzjuk szksg.

Ha egy rdinak tkletes (a frekvencia tartomnyban ngyzetes) szrje van, akkor az elfoglalt svszlessget a kdarnnyal egyenlv lehet tenni.

A spektrlis hatkonysg maximlsra a mdszerek a kvetkezk:

- az adat sszekapcsolsa a frekvencialpssel (pl. GSM-nl)

- premodulcis szr hasznlata hogy cskkentsk az elfoglalt svszlessget. Emelt koszinuszos szrk, amilyeneket a NADC, PDC, PHS is hasznl, eredmnyezik a legjobb spektrlis hatkonysgot.

- az tmenetek korltozsa

Az orign thalads hatsaiVegynk pldul egy QPSK jelet, amelynek normalizlt rtkei 1, 1 s -1, -1 kzttiek. Amikor szimultn vltoznak az I s Q rtkek +1-rl -1-re, akkor a jel plyagrbje thalad az orign (az I s Q 0, 0 rtkeken). Az orig a viv 0 nagysgt jelenti. Egy 0 nagysgrtk azt jelzi, hogy a viv amplitdja abban a pillanatban 0.

A QPSK-ban nem minden tmenet eredmnyez olyan plyagrbt, amely tmegy az orign. Ha az I rtket vlt, de a Q nem (vagy fordtva), akkor a viv amplitdja vltozik ugyan valamicskt, de nem megy t a nulln. Ezrt nhny kdtmenet kis amplitd vltozst eredmnyez, mg msok nagyon nagy amplitd vltozst. A kdra ramkrnek a vevben tudnia kell kezelni ezt az amplitd vltozsbani bizonytalansgot, amennyiben a berendezs amplitd vltozsokat hasznl a vev rajelnek s az tvitel rajelnek sszehangolshoz.

A spektrlis nvekmny nem kvetkezik automatikusan ezekbl a nullrtken thalad plykbl. Ha az erst s a hozztartoz ramkrk tkletesen linrisak, akkora spektrum (a spektrlis lefedettsg vagy az elfoglalt svszlessg) vltozatlan marad. Problma akkor van, amikor az ramkrkben nemlinearitsok lpnek fel.

Egy olyan jel, amely az amplitdjt egy nagyon szles tartomnyban vltoztatja, ezeket a nemlinearitsokat a legvgskig megdolgoztatja. A nemlinearitsok torzt jelensgeket fognak elidzni. A folyamatosan modullt rendszerekben pedig spektrlis nvekmnyt, vagy szlesebb modulcis oldalsvokat eredmnyez (ez a jelensg az intermodulcis torzts krbe tartozik). Egy msik gyakran hasznlt kifejezs a spektrlis elkens, br ezt a kifejezst sokkal pontosabb arra az esetre hasznlni, amikor a jel svszlessgt megnveli annak ki-bekapcsolsa.

3.7 Pldk a spektrlis hatkonysgra a gyakorlati rdizsbanA kvetkez pldk nhny vals rdis rendszerben elrt spektrlis hatkonysgot mutatnak be.

Az szak-Amerikai Digitlis Cellulris Rendszer (NADC) TDMA vltozata 48 Kbit/sec adatrtt r el 30 kHz-es svszlessgen, azaz 1,6 bit/sec/Hz-et. Ez egy DQPSK-n alapul rendszer, amely kdonknt kt bitet visz t. Elmletileg a hatkonysgnak 2 bit/sec/Hz-nek kellene lennie, a gyakorlatban ez 1,6 bit/sec/Hz.

Egy msik plda egy mikrohullm digitlis rdi, amely 16QAM-et hasznl. Ez a fajta jel sokkalta rzkenyebb a zajra s a torztsra, mint brmely nla egyszerbb fajta jel, mint pl. a QPSK-jel. ltalban egy direkt rltsi sszekttetsen keresztl vagy vezetken keresztl sugroznak ilyen jeleket, ahol nagyon kicsi a zaj s az interferencia lehetsge. Ebben a mikrohullm, digitlis rdis pldban a bitrta 140 Mbit/sec egy nagyon szles, 52,5 MHz-es svszlessgen. A spektrlis hatkonysg 2,7 bit/sec/Hz. Ennek megvalstsa nagyon tiszta rltsi tviteli utat ignyel, s egy pontos s optimalizlt nagyteljestmny adt.

Digitlis modulcis tpusok vltozatok

A 3.2 3.4 fejezetekben trgyalt modulcitpusok szmos rendszer alapjt adjk. Hrom f modulcis vltozatot vizsglunk, amely az alapmodulcis eljrsok tovbbfejlesztse: az I/Q offset modulci, a differencilmodulci s az lland burkolgrbj modulci.3.8 I/Q offset modulci

Az els vltozat az offset modulci. Ennek az egyik pldja az offset QPSK (OQPSK). Ezt a cellulris CDMA rendszer hasznlja a visszirny (mobiltl a bzis fel) kapcsolatban.QPSK esetn az I s Q bitfolyamok ugyanabban az idben kapcsolnak be. A rendszer rajelek vagy az I s Q digitlis rajelei szinkronizlva vannak. Az offset QPSK esetn az I s Q bitfolyamok el vannak tolva egymshoz kpesti viszonylagos elhelyezkedskben peridusonknt egy bittel (a szimblum peridusnak felvel). Ezt mutatja be az F.15. bra.

Mivel az I s Q jeltmenete el van tolva egymshoz kpest, brmely idben csak az egyik bitfolyam vltoztathatja meg az rtkt. Ez az elbbihez kpest egszen ms konstellcishoz vezet, mg akkor is, ha mg mindig csupn kt I/Q rtkrl beszlhetnk. Ennek a mdszernek a teljestmnyhatkonysg szempontjbl van nagy elnye. OQPSK esetn a jelplya-grbt a szimblum rajel eltolva mdostja, gy, hogy a viv amplitdja nem megy t illetve nem is megy a zr (az konstellcis bra kzppontja) llapot kzelbe. A spektrlis hatkonysg ugyanakkora, mint kt I s kt Q llapot esetn. A amplitd mdosulsok lecskkense (kb. 3 dB OQPSK esetn, szemben a 30-40 dB-nyivel QPSK esetben) megengedi egy sokkalta teljestmnyhatkonyabb, kevsb lineris RF teljestmnyerst hasznlatt.3.9 Differencil modulci

A kvetkez modulcis vltozatot differencil QPSK-knt (DQPSK) s differencil 16QAM- knt (D16QAM) hasznljk. A differencil azt jelenti, hogy az adatot nem az abszolt llapot tartalmazza, hanem az llapotok kztti tmenet adja meg. Nhny esetben meg van szabva az is, hogy mik a megengedhet jeltmenetek. Pldul a DQPSK esetn , amikor a viv grbje nem mehet t a kezdponton. Egy DQPSK modulcis rendszerben brmely szimblum pozcibl brmely msik szimblum pozciba trtnhet jeltmenet. A DQPSK modulcis forma szles krben hasznlatos, tbbek kzt: cellulris alkalmazsokban:

NADC- IS-54 (szak-amerikai digitlis cellulris)

PDC (csendes-ceni digitlis cellulris)

vezetk nlkli alkalmazsokban:

PHS (szemlyi maroktelefon-rendszerek)

trnklt rdi (TETRA)

A DQPSK modulcis forma kt QPSK konstellcit hasznl, egymshoz kpest 45 fokkal ( radin) eltolva, lsd az F16 brt. A jeltmeneteknek az egyik llapot sorozatokbl a msikba kell megtrtnnik. Ez biztostja, hogy minden szimblumjelnl trtnik fzisvltozs, amely az rajel-visszalltst megknnyti.

Az adat a fziseltols nagysgban s irnyban van kdolva, nem pedig a konstellcis brban elfoglalt abszolt poziciban. A DQPSK egyik elnye, hogy a jelgrbe nem halad t a kezdponton, gy leegyszersdik a rdiad tervezse. Egy msik elny, hogy a DQPSK-nak emelt koszinuszos szrssel jobb a spektrlis hatkonysga, mint a GMSK-nak, amely a msik ltalnosan hasznlt cellulris modulcis tpus.3.10 lland amplitdj modulci

A harmadik vltozat az lland burkolgrbs modulci. A GSM az lland burkolgrbs modulci egy fajtjt hasznlja, amit 0.3 GMSK-nak (Gaussian Minimum Shift Keying - Gaussos minimlis eltols billentyzs) hvnak.

Az lland burkolgrbs modulci esetn a viv amplitdja lland, nem vve tekintetbe a modull jel vltozsait. Ez egy teljestmny hatkony mdszer, amely j hatsfok, s nemlineris C osztly erstk hasznlatt teszi lehetv. A sugrzott modullt jel spektrlis szlessgt azonban nem cskkenti.ltalban az lland burkolgrbs modulcik mdszere nagyobb svszlessget foglal el, mint a lineris mdszerek. Ez utbbiak esetn a modullt jel amplitdja a modull digitlis jellel egytt vltozik, ahogy az a BPSK vagy a QPSK esetben trtnik. Azokban a rendszerekben, amelyekben a svszlessg-hatkonysg fontosabb a teljestmnybeli hatkonysgnl, az lland burkolgrbs modulci nem a legjobb vlaszts.

Az MSK (lsd 3.4 fejezetet) az FSK egy specilis tpusa, ahol a cscstl-cscsig mrt frekvencialket megfelel a bitarny felnek.

A GMSK az MSK-bl szrmazik, itt a kvnt svszlessg tovbb cskken, amint a modull jel thalad egy Gauss-szrn. A Gauss-szr minimalizlja az idbeli, vletlenszer frekvenciavltozsokat. A GMSK egy spektrlisan hatkony modulcis mdszer, klnskppen alkalmas mobil rdirendszerekben. lland jelgrbje van, spektrlisan hatkony, j az elrhet BER rtke, s nszinkronizl.4. SzrsA szrs lehetv teszi, hogy az adsi svszlessget jelentsen lecskkentsk a digitlis adattartalom elvesztse nlkl. Ez megnveli a jel spektrlis hatkonysgt.

A szrsnek szmos vlfaja ltezik. A leggyakrabban hasznlatosak:

emelt koszinuszos

ngyzetgykre emelt koszinuszos

Gauss-szrk

A jel minden gyors alaktsa (vltoztats) legyen az amplitd-, fzis- vagy frekvencia-vltoztatsa nagyobb svszlessget fog ignyelni. Brmely mdszer, mely segt lelasstani ezeket az talaktsokat, szkteni fogja a szksges svszlessget. A szrs tomptja ezen talaktsokat (az azonos (I) s a kvadratra (Q) fzisban is). Cskkenti az interferencit, azltal, hogy lecskkenti a svtfeds lehetsgt az FDMA rendszerben. A vev oldalon a lecskkentett svszlessg az rzkenysget nveli, mert a keskenyebb svban a vevbe jut zaj s az interferencia teljestmnye is cskken..Kompromisszumokra mindazonltal szksg van. Az egyik, hogy a szrsnek nhny fajtja a jel grbjt (az llapotok kztt megtett utat) sok esetben tlvezrli (tllvs). Ilyen pldul a Nyquist szr. A tlvezrls a viv teljestmnyben s fzisban jelenik meg. Hogy a viv felvehesse ezeket az rtkeket, tbb kimen teljestmnyre van szksge az ad erstjbl. Tbb teljestmnyre, mint amennyi szksges lenne magt az aktulis szimblumot kisugrozni. A viv teljestmnybl nem lehet lecspni, vagy azt behatrolni (hogy ezzel cskkentsk vagy kikszbljk a tlvezrlst) anlkl, hogy ezzel jra ki ne terjesszk a spektrumot. Mivel a spektrlis helyfoglals szktse a szrs beiktatsnak elsdleges clja, ezt nagyon finom egyenslyra trekedve kell elvgeznnk.Egy msik kompromisszum, hogy a szrs a rdikat sokkal bonyolultabb teszi, s nagyobb is, klnskppen, ha analgok. A szrs emellett szimblumok kzti interferencit (ISI) is ltrehozhat. Ez akkor trtnik, ha a jel elgg meg lett szrve ahhoz, hogy a szimblumok sszemosdjanak, s mindegyik szimblum befolysolja a szomszdait. Ezt a szr idtartomnybeli vlaszjele vagy impulzus vlasza hatrozza meg.4.1 Nyquist. vagy emelt koszinuszos szr

Az F.18. bra bemutatja egy emelt koszinuszos szr impulzus-, vagy idtartomnybeli vlaszjelt, ez egy Nyquist osztly szr. A Nyquist szrk tulajdonsga, hogy az impulzusvlaszuk a szimblum-sebessggel megegyezen rezeg. A szr gy van belltva, hogy rezegjen, vagy az impulzusvlasza a nullt vegyen fel a szimblum rajel frekvencijn.A szr idbeli vlaszjele a nulln olyan peridussal halad t, amely pontosan megfelel a szimblumok egymstl val tvolsgnak.

A szomszdos szimblumok nem interferlnak egymssal szimblumidben, mert a vlaszjel nulla minden szimblumidben, kivve a kzpontit (a kvnt szimblumidt). A Nyquist szrk ersen megszrik a jelet a szimblumok sszemossa nlkl szimblumidben. Ez az adattvitel szempontjbl azrt fontos, mert gy nem lpnek fel hibk a szimblumok kzti interferencia miatt. Jegyezzk meg, hogy szimblumok kzti interferencia mindig fellp, kivve a szimblumidt. ltalban a szr kett van osztva: flig az adoldalon, flig a vev oldalon. Ilyenkor a ngyzetgykre emelt Nyquist szrket (ltalban ngyzetgykre emelt koszinuszos szrknek nevezzk ket) hasznlnak mindkt rszen, hogy azok kombinlt vlaszjelei egy Nyquist szr vlaszjelt adjk.4.2 sszehangolt ad-vev szr

Nha a szrsre az ad s a vev oldalon is szksg van. Az ad oldali szrs cskkenti az adnak a szomszdos csatornkba kisugrzott teljestmnyt (svon kvli teljestmny), gy az ad ms adkkal val interferlsnak lehetsge is cskken.

A vev oldali szrs cskkenti a szlessv zaj hatsait, s a kzeli csatornkkal s ms adkkal val interferencit is.Hogy a szimblumok kzti interferencia (ISI) nulla legyen, mindkt oldalra elosztott szrst alkalmazzk gy, hogy a szrk s maga a rendszer egyttes eredmnyl egy teljes Nyquist szrt adjon. A lehetsges klnbsgek problmkat okozhatnak a berendezsek ellltsa sorn, mivel gyakran az ad s a vev kt kln vllalat termke

A vevnek egy kicsi, kzben hordozhat modellnek kell lennie, az adnak egy nagy, cellulris alap llomsnak. Ha a tervezst pontosan kivitelezik a mrnkk, az eredmnyl a legjobb adatrtt kapjuk, a leghatkonyabb rdit, cskkentett interferencit s zajt. Ilyenkor ngyzetgykre emelt Nyquist szrket hasznlnak az adban is s a vevben is, mivel:

Az sszehangolt szrket a Gauss-szrsben nem hasznljk.4.3 Gauss-szr

Az elbbivel ellenttben a GSM jel kis mrtkben sszemossa a szimblumokat mind a ngy konstellcis llapotban, mivel a Gauss-szrnek, amit a GSM rendszerekben hasznlnak, nincsen nulla rtk szimblumok kzti interferencija (ISI). A fzisllapot valamelyest vltozhat, amely a szimblumok sszemosdshoz vezet, ahogyan azt az F.17. bra is mutatja. A vezetk nlkli rendszerek kiptsekor el kell dntennk, mennyi szimblumok kzti inteferencit engedhetnk meg a rendszerben, illetve azt a zajjal s interferencival kombinlva is tolerlnunk kell. A Gauss-szrket azrt hasznlja a GSM rendszer, mert elnysek a viv teljestmnyignye, az elfoglalt svszlessg s az rajel visszalltsa szempontjbl. A Gauss-szr egy Gauss-grbe az id- s a frekvenciatartomnyban is, s nem rezeg, ahogyan a ngyzetgykre emelt koszinuszos szrk rezegnek (F.20. bra) Az idtartomnyban a hatsa viszonylag rvid ideig tart, minden szimblum jelents mrtkben csak az t megelz s az t kvet szimblumot befolysolja (azaz okoz vele szimblumok kzti interferencit).

Ezzel lecskken annak a lehetsge, hogy a szimblumok klnfle sorozatai hassanak egymsra, ez pedig megknnyti az erstk tervezst s jobb hatsfokv is teszi a mkdsket.4.4 A szr svszlessgnek paramtereEgy ngyzetgykre emelt koszinuszos szr sarkossgt az jelli. Az kifejezi a rendszer ltal elfoglalt svszlessg kzvetlen mrtkt, szmtsa pedig a kvetkez:

elfoglalt svszlessg = szimblumfrekvencia (1+ ).Ha a szr karakterisztikja tkletes, les jeltmenetekkel s nulla nagysg -val, akkor az elfoglalt svszlessg:

= 0, vagyis:

elfoglalt svszlessg = szimblumfrekvencia (1+ 0) =szimblumfrekvencia.Idelis krlmnyek kztt az elfoglalt svszlessg a szimblumsebessggel egyezne meg, de a gyakorlatban nem ez trtnik. Nulla nagysg -t lehetetlen elrni. Az -t gyakran tbblet svszlessgi tnyeznek is hvjk, mivel azt a mennyisget adja meg, amely az idelisan elfoglalt svszlessgen (amely a szimblumrta lenne) tl szksges.

A msik vglet, ha egy szlesebb szrt vesznk, pldul = 1 rtkkel. Ezt knnyebb elrni.

= 1

elfoglalt svszlessg = szimblumfrekvencia (1+ 1) = 2 szimblumfrekvencia.Az 1 rtk ktszer akkor a svszlessget hasznl, mint a nulla rtk. A gyakorlatban

lehetsges 0,2 alatti elrse, s ezzel j minsg, kompakt, gyakorlati rdi berendezsek ellltsa. ltalban rtkei 0,35 s 0,5 kzttiek, br nhny video rendszer 0,11 nagysg -t hasznl. A Gauss-szrnek megfelel kifejezs a BT (svszlessg-id szorzat). Az elfoglalt svszlessget nem fejezhetjk ki a BT-vel, mivel egy Gauss-szr frekvenciavlasza nem veszi fel a nulla rtket, ahogyan azt egy emelt koszinuszos megteszi. A BT ltalnos rtkei 0,3 s 0,5 kzttiek.4.5 A szr svszlessgre gyakorolt hatsai

A klnbz szrk svszlessge klnbz hatsokat mutat. Pldul vegyk a QPSK jelet, s vizsgljuk meg, hogy az klnbz rtkei hogyan befolysoljk a vektor-diagramot! Ha a rdinak nincs ad oldali szrje, amint az az F.22. bra bal oldaln ltszik, az llapotok kztti jeltmenet vletlenszer lesz. Ha nincs szrs, rtke vgtelen. Ennek a jelnek a kisugrzsa vgtelen svszlessget ignyelne.

A kzps brn = 0,75.

A jobb oldalon = 0,375. A szrk mindkt esetben csillaptjk a jeltmenetet s szktik a szksges frekvenciaspektrumot.

A szrk klnbz rtkei hatssal vannak a kisugrzott teljestmnyre is. A szretlen jel esetben, ahol = vgtelen, a viv cscsteljestmnye vagy maximuma megegyezik a szimblumllapotok nvleges teljestmnyvel. A szrsnek ksznheten nincs szksg tbblet

teljestmnyre.

Vegynk pldul egy DQPSK jelet, amelyet a NADC (IS-54) is hasznl! Ha az = 1, az llapotok kzti jeltmenet sokkal fokozatosabb, mint = vgtelen esetn. Kevesebb teljestmny szksges ezen tmenetek kezelshez. Az = 0,5 esetn a sugrzsi svszlessg a szimblumsebessg ktszeresrl annak 1,5-szeresre cskken. Ez a svszlessg szempontjbl 25%-os javulst jelent. Kisebb nagyobb cscsteljestmnyt eredmnyez a szr ugrsra adott vlaszban val tllvs miatt. Ez pedig olyan jelgrbhez vezet, amely az konstellcis bra hatrain tllp hurok.z = 0,2 esetn, amely a legtbb mai rdiban a minimlis rtk, jelents tbbletteljestmnyre van szksg azon fell, mint amennyire nmagban a szimblumrtk kisugrzshoz szksges volna. ltalban ez kb. 5 dB ( = 0,2, QPSK, Nyquist-szrssel). Ez tbb mint hromszor akkora, mint a cscsteljestmny, mivel a szrt arra hasznljk, hogy korltozza az elfoglalt svszlessget.Ezekre az alapokra plnek a QPSK, az offset QPSK, a DQPSK, s a QAM vltozatai, gymint a 16 QAM, 32QAM, 64QAM, 256QAM. Nem minden jel viselkedik ugyanolyan mdon, kivtelt kpez teht az FSK, az MSK s ms, lland burkolgrbj modulcik. Ez utbbi jelek teljestmnyt a szr alakja nem befolysolja.4.6 Csebisev kzeltsCsebisev kzelts vges impulzusvlasz (FIR) szrA Csebisev kzelts vges impulzusvlasz (FIR) szrt az IS-95 CDMA rendszerekben alapsv szrknt hasznljk. 1,25 MHz-es csatornatvolsggal s 1,2288 MHz-es kdrtval az Is-95 CDMA rendszerben ez a szr kpes lecskkenteni a szomszdos RF-csatornkra val szivrgst. Ezt a feladatot egy nagyon les alaktnyezvel ri el, melynek alfa rtke mindssze 0,113. A vges impulzusvlaszos (FIR) nv azt jelenti, hogy a szr impulzusvlasza csak vges szm minta idejre l. A ? azt jelenti, hogy hullmos a nagysgfrekvencia vlasznak burkolgrbje, melynek maximuma s minimuma egyenl az tviteli s a lezrsi svban. A FIR szr rendje sokal alacsonyabb a Nyquist szrnl, mgis kpes biztostani vele ugyanazt az alaktnyezt. Az IS-95 FIR szrnek nincs zr kdok kzti interferencija. A kdok kzti interferencia a CDMA-ban nem olyan fontos mint ms modulcifajtknl, mivel 64 chipnek az adott idpillanatbani klcsns viszonya dnt a kdrl. Ez a kdolsi nyeresg gy tnik, kiegyenslyozza a kdok kzti interferencit s minimalizlja annak hatst.

4.7 Spektrlis hatkonysg a teljestmnyfogyasztssal szemben

Ahogyan egyetlen ms termszetes erforrst, gy az RF spektrumot sem szabad elvesztegetni tl szles csatornkra. Ezrt keskenyebb sv szrkkel cskkentjk az ads ltal elfoglalt svszlessget. Kisebb svszlessg szrket, melyek kellkpp pontosak s reproduklhatk, nehz gyrtani. A kisebb rtk nveli a szimblumok kzti inteferencit, mert ahhoz egyre tbb szimblum jrul hozz. Ez pedig a rendszer rajelnek pontossgt cskkenti. A keskenyebb sv szrk emellett hajlamosabbak a tllvsre, gy magasabb lesz a viv cscsteljestmnye. A teljestmnyerstt ezrt a magasabb cscsteljestmnyhez kell belltani torztsmentesen. A nagyobb erst nagyobb hmennyisget termel, s elektromos interferencia lphet fel, mivel az RF ram az erstben interferlni fog ms ramkrkkel. Nagyobb, nehezebb telepekre is szksg lesz. Az alternatv megolds a lervidtett beszlgetsi id s a kisebb telepek. lland burkolgrbj modulci esetn, ami a GMSK-ban hasznlatos, alkalmazhatk C osztly erstk, melyek sokkal jobb hatsfokak. sszegzs: a spektrlis hatkonysg klnsen kvnatos, de ra van, melyet a berendezs kltsgeiben, mretben, slyban, bonyolultsgban, a beszlgetsi idben s a rendszer megbzhatsgban kell megfizetnnk.5.Klnbz mdok arra, hogyan vizsgljuk a digitlisan modullt jelet idben s frekvencibanSzmos mdon vizsglhatunk egy jelet. Ez a mostani egyszerstett plda egy 930,004 MHz-es, RF csipogjelet tekint. A csipog ktszintes FSK-t hasznl, a viv elre- s htralp kt, egymstl 8 kHz tvolsgra lv frekvencia kztt (930,000 MHz s 930,008 MHz). Ez a frekvenciatvolsg kicsi a 930,004 MHz-es kpest. A 24 a brn lthatjuk. A 930 MHz-es s a 930 MHz + 8 kHz-es jelek kztti peridus nagyon kicsi. Mg egy nagyfelbonts oszcilloszkppal s a legmodernebb, cscssebessg digitlis technolgia bevetsvel sem mrhet vagy figyelhet meg a peridusvlts.A csipog-vev a jeleket elszr lekonvertlja egy IF vagy alapsv frekvencira. Ebben a pldban a 930,004 MHz-es FSK-modullt jel egy msik, 930,002 MHz-es jellel keveredik. Az FSK modulci miatt a sugrzott jel 930,000 MHz s 930,008 MHz kztt t fog kapcsolni.

Eredmnyl egy alapsv jelet kapunk, mely kt frekvencia, -2 kHz s +6 kHz kztt vltakozik. A demodullt jel -2 kHz s +6 kHz kztt lpked.

Erre gyakran zoom idknt hivatkoznak, vagy IF idknt. Pontosabban fogalmazva ez egy az adott svra talaktott jel IF vagy alapsvon. Az IF id abbl a szempontbl fontos, hogy megmutatja, a hogyan nz ki a jel a vev IF tartomnyban. Ez az, ahogyan a rdi IF detektlja a megjelen, klnbz biteket. A 24 c bra mutatja be a jel frekvenciatartomnybeli megjelenst. A legtbb csipog egy ktszintes, FSK mdszert hasznl. Az FSK-t ebben az esetben azrt alkalmazzk, mert kevsb befolysolja a tbbutas halads, a feszltsggyengls s az interferencia, amelyek vrosi krnyezetben ltalnos jelensgnek szmtanak. Lehetsges s demodulci mg a modern, acl s beton pletek belsejben is, ahol a gyengls, a zaj s az interferencia msklnben megnehezten a megbzhat demodulcit.5.1 Teljestmny s frekvencia nzpontjaEgy digitlisan modullt jelet tbb nzpontbl is megvizsglhatunk. Ahhoz, hogy a jeltmenetek hogyan kapcsoldnak be s ki, nagyon hasznos egy teljestmny-id sszehasonlts, amellyel megvizsglhatjuk a teljestmnyszintben bekvetkez vltozsokat, amiket impulzusos vagy zavarimpulzus viv okoznak. Pldul nagyon gyors teljestmnyvltozs frekvenciasztterjedshez vagy spektrlis nvekmnyhez vezet. Ezt frekvenciaterelsnek is nevezik. Nagyon lass teljestmnyvltozs esetn pedig rtkes sugrzsi id vsz el, mivel az ad nem kpes adatot tovbbtani, mg nincs teljesen bekapcsolt llapotban. Tovbb a tl lass bekapcsols magas bithibaarnyt eredmnyez a burst elejn. Ezen fell a cscs- s az tlagos teljestmnyszint mibenltt is pontosan meg kell rtennk, mivel ha az erstbl tbblettltetet akarunk felvenni, az kompresszihoz vagy jellevgshoz is vezethet. Ezek a jelensgek eltorztjk a modullt jelet, s ltalban spektrlis nvekmnyhez is vezetnek.

5.2 Konstellcis digrammok

Ahogy azt mr megtrgyaltuk, a derkszg I/Q diagramm egy nagysgot s fzist brzol polris diagramm. A viv nagysgt s fzist mskpp is brzolhatjuk, mgpedig egy ktdimenzis diagrammon (amely egy sztenderd polris grafikon), gy, hogy ugyanarra az adatra felvesszk a derkszg tengelyeket, a vivt pedig azonos fzis s kvadratra-fzis komponensekkel fejezzk ki. Egy viv lehetsges egy idben amplitd- s fzismodulci elvgzse s az adatok ilyen mdon val tovbbtsa; az ramkrtervezs s a jeltovbbts szempontjbl egyszerbb derkszg, lineris rtkeket generlni s detektlni (egy sorozatot I, s egy ettl fggetlent Q szmra).A bemutatott plda egy DQPSK jel, ahogyan azt a NADC TDMA szabvny elrja. Ez a plda egy 157 szimblumos DPSK burst (F.26. bra).

A polris diagramm szmos szimblumot mutat be egyidben. Ezltal a viv pillanatnyi rtkt brzolja a folytonos vonal brmely pontjn a szimblumidkben s azok kztt, I/Q vagy nagysg/fzis rtkekkel.

Az konstellcis-diagramm ugyanarrl a burstrl egy ismtld pillanatfelvtelt mutat be, amelynek az rtkeit csak a dntsi pontokban brzolja. Az konstellcis-diagramm ezekben a pontokban fzishibkat jelez ki, s amplitd hibkat. A dntsi pontok kzti jeltmenet befolysolja a sugrzsi svszlessget. Ez az brzols megmutatja a viv ltal bejrt utat, de nem kizrlag a hibkat mutatja be a dntsi pontokban. Az konstellcis-diagramm betekintst nyjt a teljestmnyszintek vltozsaiba is, a szrs hatsaiba s olyan jelensgekbe, mint pldul a kdok kzti interferencia.A kapcsolat az konstellcis pontjai s a szimblumonknti bitek kztt:

M=2n

ahol M = az konstellcis pontjainak szma

n = szimblumonknti bitszm

vagy n = log2(M).Ez fennll, mg brmely konstellcis ponttl brmelyik msik fel megengedett a jeltmenet.

5.3 Szembra

Egy msik mdja a digitlisan modullt jel brzolsnak a szembra. Egymstl klnbz szembrkat llthatunk el, egyet az I, egyet a Q csatorna adatai szmra. A szembra I s Q nagysgt brzolja idben, vgtelen folytonossggal, visszafutsokkal. Az I s Q jeltmeneteket egymstl elklntve brzoljuk. Szimblumidben egy szem (vagy tbb szem) keletkezik. A QPSK-nak ngy klnll I/Q llapota van, minden kvadrnsban egy. Csak kt szintje van mind I-nek, mind Q-nak. Ms modulcifajtk tbb szintet hasznlnak s tbb idbeli csompontot hoznak ltre, melyeken a jel plyja thalad. Az F.27.brn alul lthat plda egy 16QAM jel, ngy szintje van, melyek hrom jl kivehet szemet formlnak. A szem minden kdnl nyitva van. Az a j jel, amelynek nyitva van a szeme a kompakt keresztezdsi pontoknl.

5.4 Trellis-diagram (rejtly-diagram)Az F.28. brn egy rejtly-diagram lthat, amely onnan kapta a nevt, hogy egy kerti rejlyre emlkeztet. A trellis-diagram x tengelye az id, y tengelye a fzis. Ezltal lehetv vlik a fzistmenetek vizsglata a klnbz szimblumok mellett. Ez esetben egy GSM rendszer jelt vizsgljuk. Ha egy hossz sorozat binris egyes kerl sugrzsra, az eredmny egy sorozat - GSM esetben szimblumonknt 90 fokos - pozitv fzistmenet lesz. Ha egy hossz sorozat binris nulla kerl sugrzsra, szimblumonknt 90 fokos, lland fziscskkens kvetkezik be. ltalban azonban kzepes adsrl beszlhetnk, vletlenszer adatokkal. Hibaelhrtsnl kifejezetten hasznos a rejtly-diagramm a hinyz jeltmenetek, hinyz szimblumok felkutatsra, vagy a vakfolt megtallsra az I/Q modultorban, vagy a lekpez algoritmusban.

6. Csatornamegoszts

Az RF spektrum vges erforrs, a felhasznlk kztt multiplexlssal oszlik meg. A multiplexlst arra hasznljuk, hogy a spektrum klnbz felhasznlit egymstl elklntsk. Ez a fejezet a frekvenciabeli, idbeli, szimblumbeli s fldrajzi multiplexlssal foglalkozik. A legtbb kommunikcis rendszer ezen mdszerek kombincijt hasznlja.6.1 Frekvencia multiplexls

Az FDMA (Frequency Division Multiple Acces) a rendelkezsre ll frekvenciasvot kisebb, rgztett frekvenciacsatornkra szabdalja. Minden ad, vagy vev kln frekvencit hasznl. Ezt a mdszert kb. 1900 ta hasznljk egszen napjainkig. Az adk keskenysvak vagy korltozott frekvencijak. ltalban egy keskenysv adt hasznlnak egytt olyan vevvel, amelyiknek szintn keskenysv szrje van, gy, hogy demodullni tudja a kvnt jelet s levgja a nem kvnt jeleket, pldul ms rdiadk interferl jeleit.

6.2 Id multiplexlsAz idoszts annyit tesz, hogy az adkat idben klntik el, gy, hogy ugyanazon a frekvencin osztozhassanak. A legegyszerbb tpus a TDD (Time Division Duplex), az idosztsos duplex. Ez az adt s a vevt multiplexlja ugyanazon a frekvencin. A TDD-t pldul az egyszer duplex rdizsban hasznljk, ahol a gomb megnyomsval beszlhetnk, eleresztsvel hallgathatjuk az adst. Ez a fajta idosztsos duplex, ugyanakkor nagyon lass. A modern digitlis rdik, mint pldul a CT2 vagy a DECT idosztsos duplexet hasznlnak, de msodpercenknti tbbszzszoros multiplexlssal.A TDMA (Time Division Multiple Acces) ugyanzon a frekvencin szmos adt s vevt multiplexl. A TDMA-t hasznlja a GSM digitlis cellulris rendszer s az Egyeslt llamok NADC-TDMA rendszere is.

6.3 Kd-multiplexlsA CDMA (Code Division Multiple Acces) egy olyan hozzfrsi mdszer, ahol tbb felhasznl egyszerre hasznlhatja ugyanazt a frekvencit. Ez esetben is mkdik a frekvenciaoszts, de maga a csatorna nagy svszlessg. A CDMA rendszerekben a felhasznlk egyszerre (egy idben tbben) hasznljk ugyanazt a nagysebessg digitlis csatornt gy, hogy a kommunikcijukat egy magasabb rtj digitlis szekvencia ( kd) biztostja. Minden terminlhoz egy kln kd-szekvencia tartozik, teht a jeleket a hozzjuk tartoz szekvencik alapjn lehet egymstl megklnbztetni. Ez a mdszer pedig olyan kdokon alapszik, amelyeket a bzis- s a mobillloms kzsen hasznlnak. Mivel kdosztsrl van sz, ltezik egy fels hatr csatornban hasznlhat kdokra az elre irny sszekttetsben. A vissz-irny sszekttetsnek nincs gyakorlati hatrrtke a hozzfrhet szimblumok tekintetben.

6.4 Fldrajzi multiplexls

(Multiplexing-geography) Egy msfajta multiplexlsi mdszer a fldrajzi vagy cellulris tpus tbbszrs hozzfrsi eljrs. Ha kt ad-vev pr elg tvol van egymstl, akkor mkdhetnek ugyanazon a frekvencin anlkl, hogy zavarnk egymst. Csak nhny olyan rendszer van, amely nem hasznlja valamilyen formjban a fldrajzi multiplexlst. Tiszta csatorns (kizrlagos frekvencij) nemzetkzi msorszr llomsok, amatr llomsok s nhny alacsonyfrekvencis katonai rdiad taln az egyetlen, amelyeknek nincs fldrajzi ktttsgk, s amelyek az egsz vilgra kiterjeden sugroznak.6.5 Multiplexlsi mdszerek kombinlsaA legtbb ltalnos kommunikcis rendszer ltalban kombinlja a klnbz multiplexlsi eljrsokat. Pldul a GSM egyszerre hasznlja az FDMA-t, TDMA-t, FDD-t s a fldrajzi megosztst; a DECT FDMA-t, TDD-t s fldrajzi megosztst hasznl. A teljes lista megtallhat a 10. fejezet tblzatban.

6.6 thatol kpessg szemben a hatkonysggalAz thatol kpessg a jelnek azt a tulajdonsgt jelenti, amelynek fggvnyben hasznlhat olyan krnyezetben, ahol sok csillapt, interferl hats, vagy zaj ri. Egy ltalnos plda a csipogk s a mobiltelefonok sszehasonltsa e szempontbl. Sok esetben a csipog mg akkor is kpes jeleket venni, amikor a hasznlja fmpletben, vagy aclbeton falak kztt tartzkodik, pldul egy modern felhkarcolban. A legtbb csipog ktszintes FSK jelet hasznl, ahol is a frekvencia devici nagy, a modulcis rta (szimblumrta) pedig egszen alacsony. Ezltal knnyebb a vevnek fognia s demodullnia a jelet, mivel a frekvenciaklnbsg nagy (mert a szimblumok nagy tvolsgra helyezkednek el egymstl), s ezek a klnbz frekvencik hosszabb ideig is lnek (a lass szimblumrta miatt).Ugyanakkor azon tnyezk miatt, amelyek miatt a csipog jelnek j az thatol kpessge, elgtelen az adattvitel. ltalban csipogk esetn csak kt szimblumhely ltezik. Ezek egymstl nagy tvolsgra helyezkednek el (pl. 8 kHz-re), s minden msodpercben kisszm (500 - 1200) szimblum kerl sugrzsra. Hasonltsuk ezt ssze egy cellulris rendszerrel, mint pl. a GSM, amely 270833 szimblumot kld msodpercenknt. A kis szimblumszm egy csipog esetn nem nagy problma, mivel a csipog csupn arra szolgl, hogy vegye sajt egyedi cmt s taln egy rvid ASCII szveges zenetet.Ezzel szemben egy cellulris telefonjelnek l, duplex hangjeleket kell tovbbtania. Ez pedig sokkal nagyobb bitrtt ignyel s sokkal hatkonyabb modulcis technolgit. A cellulris telefonok sszetettebb modulcis technolgit hasznlnak (mint pldul a DQPSK s a 0,3GMSK), s nagyobb szimblumsebessget. Sajnos ez nagyban cskenti a jel thatol kpessgt, annak pedig, hogy ezt kiegyenltsk, az egyik mdja, hogy tbb teljestmnyt hasznljunk. A nagyobb teljestmny mg tbb problmt von maga utn, ahogyan azt korbban mr trgyaltuk.7. Hogyan mkdnek a digitlis adk s vevk?7.1 digitlis kommunikcis adAz F.33. bra egy digitlis kommunikcis ad egyszerstett blokkvzlata. Analg jellel kezddik s vgzdik. Az ad az els lpsben az idben folyamatos analg jelet egy diszkrt adatbit-folyamm alaktja. Ezt hvjk digitalizlsnak.

A kvetkez lps a hang-kdols, mgpedig az adattmrts cljbl. Azutn nmi csatornakdols kvetkezik. A csatornakdols az adatot gy kdolja, hogy azzal minimalizlja a zaj s az interferencia hatsait a kommunikcis csatornban. Tbblet (extra) biteket ad a bemen adatfolyamhoz, s elveszi a felesleges biteket. Az extra bitek a hibajavtsra szolglnak, nha pedig szinkronoz sorozatokat tovbbtanak azonosts s kiegyenlts cljbl. Ez megknnyti a szinkronizcit (vagy a rendszer rajelnek megtallst) a vev szmra. A rendszer rajele az egyes szimblumok tvitelnek frekvencijt s pontos idztst jelenti. A rendszer rajelnek tvitelekor a kisugrzott viv a helyes I/Q (vagy amplitd/fzis) rtkeket veszi fel, hogy egy meghatrozott szimblumot (az konstellci egy meghatrozott pontjt) kzvettsen. Ezutn a viv I/Q vagy nagysg/fzis rtkei megvltoznak, hogy egy msik (kvetkez) szimblumot tovbbtsanak. E kt idpont kztti intervallum a rendszer rajelnek peridusa. Ennek reciproka a rendszer rajelnek a frekvencija. A rendszer rajelnek a fzisa akkor pontos, amikor a rendszer rajele az otimlis idpillanatokra van hangolva, hogy detektlja a szimblumokat.A kvetkez lps az adban a szrs. Ez a j svszlessg hatkonysg miatt szksges. Szrs nlkl a jeltmenetek nagyon gyorsak lennnek az llapotok kztt, s ezrt nagyon szless vlnnak a frekvenciaspektrumok, sokkal szlesebb, mint amekkorra az adattovbbtshoz szksg lenne. Az bra az egyszersg kedvrt csak egyetlen szrt mutat, a valsgban azonban kett van, egy az I s egy a Q csatorna szmra. Ezltal ltrejn egy kompakt s spektrlisan hatkony jel, amelyet mr r lehet ltetni a vivre.A csatornakdol kimenete ezutn a modultorba kerl. Mivel a rdiban egymstl fggetlen I s Q sszetevk vannak, a fl informci mennyisget az I, a msik felet a Q szlltja. Ez az egyik oka, hogy a digitlis rdik olyan jl mkdnek ezzel a fajta digitlis jellel. Az I s Q sszetevk egymstl elklnlnek.Az ad tbbi rsze hasonlan nz ki, mint egy tlagos RF ad, vagy egy mikrohullm ad-vev pr. A jel egy magasabb kzp-frekvenct (KF) modull, majd mg tovbb, egy mg magasabb frekvencira a csatorna viv-frekvencijra (RF) keverik. Brmilyen nem kvnt jel, mely az talaktsok sorn ltrejtt, ezutn kiszrsre kerl.

7.2 A digitlis kommunikcis jel vteleA vev hasonlt az adhoz, csak fordtottan. s sokkal bonyolultabb megtervezni. A bejv (RF) jelet elszr IF jell keverik le majd demodulljk. A jel demodullhatsgt olyan tnyezk befolysoljk, mint pldul az atmoszfrikus zaj, ms, idegen jelek, tbbutas terjeds, vagy a csillapts.

ltalban a demodulci a kvetkez llomsokat foglalja magban:

a viv frekvencijnak helyrelltsa (vivzrs)

a rendszer rajelnek helyrelltsa (szimblumzrs)

a jel lebontsa I s Q komponensekre

minden szimblumjel szmra az I s Q rtkek meghatrozsa (rszekre darabols)

dekdols s

kiterjeszts az eredeti bitfolyamra

digitlis-analg talakts igny szerint

Egyre tbb rendszerben a jel digitlisnak indul, s az is marad. Sosem vlik analgg abban az rtelemben, ahogy pldul egy hangjel egy folyamatos analg jel. A legfontosabb klnbsg az ad s a vev kztt a viv s az ra (vagy a szimblum) helyrelltsnak krdsben van.Mind az rajel frekvencija, mind a fzisa (vagy az idzts) is pontos kell legyen a vevben, hogy a biteket sikeresen lehessen demodullni, s az tvitt informcit helyrelltani. A szimblum rajele lehet a megfelel frekvencin, m rossz fzisban. Ha a szimblum rajelt a szimblumok kzti jeltmenettel hangoljuk be, nem pedig magukkal a szimblumokkal, akkor a demodulci sikertelen lesz.A szimblum rajelek ltalban kttt frekvencijak, s ez a frekvencia pontosan ismert mind a vev, mind az ad szmra. A nehzsget az jelenti, hogy hogyan hangoljuk mindkettt be fzisban vagy az idztsben. Szmos mdszer ltezik erre, a legtbb rendszer ezek kzl kettt vagy akr tbbet is hasznl egyszerre. Ha a jel amplitdja a modulci sorn megvltozik, a vev mrheti a vltozsokat. Az ad kldhet egy specilis szinkronizcis jelet vagy egy elre meghatrozott bitsorozatot, mint pl. 10101010101010, hogy ezzel belltsa a rendszer rajelt. Azokban a rendszerekben, amelyek impulzusvivt hasznlnak, a rendszer rajelt a viv teljestmnynek bekapcsolsval lehet behangolni.Az adban knnyen megtalljuk az RF vivt s a digitlis rajelt, mivel azok magban az adkszlkben kerlnek ltrehozsra. A vevben nem lvezhetjk ezt a kivteles lehetsget. A vev krlbell megllapthatja a viv holltt, de az rajelnek se a fzisrl, se idztsrl nincs adata. A vev tervezsekor nehz feladat a viv s a szimblum rajel helyrelltst vgz algoritmusok megrsa. Az adban elvgzett csatornakdolssal ez a feladat leegyszersthet.8. Mrsek az RF digitlis kommunikcis rendszereken

Frekvenciban, fzisban, idztsben s modulciban sszetett kompromisszumokat kell ktnnk az interferencia nlkli, tbbfelhasznls kommunikcis rendszerek rdekben. Fontos, hogy ezen kompromisszumok megktse vgett pontosan mrjk meg a digitlis RF kommunikcis rendszerek paramtereit. A mrsek magukban foglaljk a modultor s a demodultor elemzst, az tvitt jel minsgnek meghatrozst, a magas bithiba arny okainak feltrkpezst s az j modulcis tpusok vizsglatt. A digitlis RF kommunikcis rendszereken vgzett mrsek ltalban ngy csoportba tartoznak: a teljestmny, a frekvencia, az idzts vagy a modulci pontossgnak mrse.8.1 Teljestmny mrse

A teljestmny mrse a viv teljestmnynek s ezzel egytt az erstk teljestmnynyeresgnek, valamint a szrk s csillaptk ltali vesztesgeknek a mrst jelenti. A digitlis modulciban hasznlt jelek zajszerek. A svteljestmny-mrsek (az egy bizonyos frekvenciasvra integrlt teljestmny) vagy a teljestmnysrsg-spektrum mrst gyakran vgezzk el. A svteljestmny-mrsek a teljestmnyt egy meghatrozott svszlessgre normalizljk, ami ltalban 1 Hz.8.1.1 Szomszdoscsatorna-teljestmny

A szomszdoscsatorna-teljestmny alatt azt mrjk, amennyivel az egy felhasznl ltal ltrehozott interferencia befolysolja a kzeli csatornk felhasznlit. Ez a teszt azt mri, hogy a digitlisan modullt RF jel energija milyen mrtkben szivrog a sajt kommunikcis csatornjrl egy szomszdosra. A mrs eredmnye egy arnyszm dB-ben megadva, a szomszdos csatornn mrt teljestmny s a teljes tvitt teljestmny arnya. Egy msik mrs a vltcsatorna teljestmnynek mrse, amely az elbbi arnyszmot az vizsglt csatorntl kt csatornnyira llaptja meg.Az impulzuszem rendszerek (mint a TDMA) esetn a teljestmnymrseknek van egy idbeli sszetevjk s lehet egy frekvencia-sszetevjk is. Felmrhet gy a burst teljestmny (teljestmny az id fggvnyben) vagy a be- s kikapcsolsi idk. Egy msik mrsi md az tlagos teljestmny mrse, mikor a viv be van kapcsolva, vagy pedig tbb be-/kikapcsolsi ciklus alapjn tlagolva van.8.2 Frekvenciamrsek

A frekvenciamrsek gyakran jval sszetettebbek a digitlis rendszerekben, mivel tbb tnyezvel, nem csupn egyszer hangjelekkel kell szmolnunk. Az elfoglalt svszlessg mrse nagyon fontos. Ez biztostja, hogy az opertorok azon a svon bell maradjanak, amit hasznlatra kijelltek nekik. A szomszdos csatorna teljestmnyt is mrjk, hogy detektljuk, egy felhasznl mennyire befolysolja a kzeli csatornk felhasznlit.8.2.1 elfoglalt svszlessg

Az elfoglalt svszlessg mrsekor azt llaptjuk meg, hogy adott esetben mekkora frekvenciaspektrumot fed le a jel. A mrs egysge a Hz, az eredmnyt ltalban teljestmnyszzalkban vagy arnyszmban jelentjk meg. Vagyis jellemzen a mrt jel teljes teljestmnynek hnyadaknt hatrozzuk meg. ltalban a kvnatos rtk 99%. A teljestmnyt a frekvencia fggvnyben vizsglva (mint az integrlt svteljestmnyt) mrjk azrt, hogy az kitegye azt a teljestmnysszeget, amellyel elrhetjk a kvnt szzalkot. Kifejezhetjk ezt gy, hogy pl. egy adott jelben a teljestmny 99%-a egy 30 kHz-es svszlessgben van, vagy mskpp azt is mondhatjuk, hogy az adott jelnk elfoglalt svszlessge 30 kHz, amennyiben a kvnt teljestmnyarny 99%.Jellegzetesen az elfoglalt svszlessg szmrtkei szles hatrok kztt mozognak, a szimblumarnytl s a szrstl fggen. NADC DQPSK jel esetn az elfoglalt svszlessg 30 kHz, GSM 0,3 GMSK jel esetn 350 kHz. A digitlis videojelek esetn ltalban 6 8 MHz.Az egyszer frekvencilis ellenintzkedsi mdszerek gyakran nem pontosak vagy nem elegendek hogy a kzpfrekvencit mrhessk. Egy viv kzppontjt kiszmthatjuk, ez modullt jelnl a frekvencia-PSD diagram kzepe.8.3 Idzts mrsek

Az idzts mrseket gyakran impulzuszem vagy burst rendszerekben vgezzk el. A mrsek magukban foglaljk az impulzusismtlsi intervallumok, a be- s kikapcsolsi id, a mkdsi peridus s a bithibk fellpse kztt eltelt id vizsglatt. A be- s kikapcsolsi idk vizsglatnl teljestmnymrst is vgznk.

8.4 Modulcis pontossg

A modulcis pontossg mrsekor azt vizsgljuk, hogy milyen kzel vannak vagy az konstellcis llapotai vagy a jel-trajektria egy (idelis) referencia-trajektrihoz viszonytva. A vett jelet demodulljuk s sszehasonltjuk egy referenciajellel. A f jelet levesszk, a maradk lesz a klnbsg vagy klnbzet. A modulcis pontossg a klnbzet mrse.A modulcis pontossg mrsei ltalban egy jel preczis demodulcijt jelentik, s ennek sszehasonltst egy (matematikailag ltrehozott) idelis vagy referenciajellel. A kett kztti klnbsg lesz a modulcis hiba, amit tbbflekpp kifejezhetnk, pl. a hibavektor nagysga, nagysghiba, fzishiba, I-hiba s Q-hiba. A referenciajelet a demodullt jelbl levonjuk, gy kapunk egy klnbzeti hibajelet. A klnbzetmrsek, mint ez az elbbi is, hibakeressnl nagyon hatkony mdszerek. Ha a referenciajelet levontuk, knnyebb szrevenni a kis hibkat, amelyeket maga a modulci fedhetett el. A hibajel maga tbb mdon is vizsglhat: az idtartomnyban, vagy (mivel vektorilis mennyisg) I/Q vagy nagysg/fzis komponensek szerint.Frekvencia talaktst is vgezhetnk, s egyedl a hibajel spektrlis sszettelt is vizsglhatjuk.

8.5 A hibavektor nagysgnak magyarzata

eleventsk fel elszr a vektorilis modulci alapjait: digitlis biteket visznk t egy RF vivre a viv nagysgt s fzist vltoztatva. Minden egyes szimblumrajel tmenetnl a viv elfoglalja brmelyik egyedi pozcit az I Q skon. Minden pozci egy meghatrozott adatszimblumot tartalmaz, mely egy vagy tbb adatbitbl ll. Egy konstellcis-diagramm mutatja be az rvnyes pozcikat (azaz a vivhz kpest a nagysgot s a fzist) minden megengedett szimblumra, melyekbl 2n darabnak kell lenni, ahol n bit kerl tvitelre szimblumonknt. A bejv adat demodullshoz a vett jel pontos nagysgt s fzist minden egyes rajel tmenetnl preczen meg kell hatrozni.Az konstellcis-diagramm szerkezett s azon a szimblumok idelis elhelyezkedst ltalban a vlasztott modulci tpus hatrozza meg (BPSK, 16QAM stb.). A plyagrbe, amit a jel bejr az egyik szimblumhelytl a kvetkezig, fgg az adott rendszer felptstl, ugyanakkor mgis kiszmthat.Minden pillanatban a jel nagysga s fzisa mrhet. Ezek az rtkek adjk meg az aktulis vagy mrt vektort. Ugyanakkor kiszmthat egy idelis vagy referencia- vektor az tvitt adatfolyam, a szimblum rajel idztse, az alapsv szrs Stb. alapjn. A kt vektor kztti klnbsgek alapjn kapjuk meg a hibavektort.A 38. bra a hibavektort s a szmos ehhez kapcsold fogalmat illusztrlja. Ahogy az brn is ltszik, a hibavektor mrtke a kt vektor vgpontjai kztti skalris tvolsg, vagyis a klnbsgvektor hosszsga. Mskpp kifejezve ez a klnbzeti zaj s torzuls, ami azutn marad, hogy a jelbl levonjuk annak idelis vltozatt.A NADC-TDMA (IS-54) szabvny a hibavektor nagysgt a jel feszltsgnek a szimblumoknl mrt szzalkos mennyisgeknt hatrozza meg. DQPSK modulci esetn ezeknek a szimblumoknak ugyanakkora a feszltsgi szintjk, de ez nem igaz minden modulcifajtra. Az IS-54 manapsg az egyetlen olyan szabvny, amely kizrlagosan meghatrozza a hibavektor mrtkt, pp ezrt ms modulcifajtk esetn mskpp is meghatrozhatjuk a hibavektort.Pldul a 64QAM modulci esetn a szimblumok klnbz feszltsgi szinteken vannak. A hibavektor nagysgt megadhatjuk az sszes szimblum tlagos feszltsgbl eredeztetve (az tlagos jelszinthez kzeli rtk), vagy a ngy legnagyobb feszltsg szimblumbl. Br a hibavektornak van sajt fzisa, annak szge ltalban vletlenszernek bizonyul, mivel ez a fzisszg a hibnak (amely vagy vletlenszer maga is, vagy nem vletlenszer) s az adatszimblum elhelyezkedsnek (amely gyakorlati okokbl vletlenszer) a fggvnye. Ennl sokkal hasznosabb az aktulis s az idelis vektor kztti szget megmrni (I/Q fzishiba), amely hasznos adatokkal szolglhat a jelproblmk megoldshoz. Hasonlkppen az I-Q nagysghiba az aktulis s az idelis kzti nagysgklnbsget mutatja be. A vektorhiba nagysga, ahogyan azt a szabvny meghatrozza, a ngyzetes kzprtke a hibartkeknek, amelyek a pillanatnyi szimblum rajel-tmenetkor lpnek fel. A jelgrbe hibit a szimblumok kztt elhanyagoljuk.8.6 Hibaelhrts a vektorhiba mrsnek segtsgvel

A vektorhiba nagysgnak s a hozz tartoz mennyisgeknek mrsei - pontosan vgezve ket kell betekintst nyjtanak abba, hogy milyen is a digitlisan modullt jel minsge. Tovbb rmutathatnak az eddig megoldatlan problmk okaira is azltal, hogy pontosan beazonosthat velk a degradci tpusa, amely a jelben megjelenik, st mg a degradci oka is felderthet gy. Tovbbi rszletekrt arrl, hogyan is hasznljuk a hibavektorok nagysgnak mrst a vektorilisan modullt jelek vizsglathoz s hibik kijavtshoz lsd az Agilent Technologies 89400-14 kiadvnyt. Szakirodalmi szma 5965-2898E.A hibavektor-mrseket egyre nagyobb mrtkben fogadjk el s hasznljk, mr olyan fontos rendszerszabvnyok is, mint a NADC s a PHS, s ms, mg fejleszts alatt ll szabvnyok - pldul a digitlis videjelek sugrzsrl szlak - is kitrnek mr rjuk.

8.7 Nagysg- s fzishiba

A klnbz hibamechanizmusok klnbzkpp befolysoljk a jelet: csak nagysgban, vagy csak a fzisban, vagy egyszerre mindkettben. Ezen relatv mennyisgek ismeretben minden hibafajtt gyorsan felismerhetnk s bizonyos problmkat kiszrhetnk. gy az els diagnosztikai lpsnk az legyen, hogy a hibavektor nagysgt s fzist meghatrozzuk (lsd 38. bra), s ezek relatv mrett sszehasonltjuk egymssal.

Amikor az tlagos fzishiba (fokokban kifejezve) lnyegesen nagyobb az tlagos nagysghibnl (szzalkban kifejezve), akkor a hiba oka leginkbb valamilyen nemkvnatos fzismodulciban keresend. Ez lehet zaj, parazita- vagy keresztcsatols a frekvenciareferenciban, fziszrt hurkok vagy ms, frekvencit generl okok. A klnbzeti AM-et pedig olyan nagysghibk fellpse jelzi , amelyek lnyegesen nagyobbak a fzishibknl.8.8 I/Q fzis az id fggvnybenA fzishiba a pillanatnyi szgbeli klnbsg a mrt s az idelis jel kztt. Amikor ezt az id fggvnyben vizsgljuk (vagy a szimblum fggvnyben), akkor eredmnyl a klnbzeti vagy interferl modull hullmformt kapjuk. Szinuszos hullmok vagy ms szablyos hullmok egy interferl hullm jelenltre figyelmeztetnek. Az egyenletes zaj valamilyen fziszajra (vletlenszer dzsitterre, klnbzeti PM/FM-re, stb.) utal.Egy tkletes jelnek egyenletes az konstellcisa, amely ezen fell mg az origra is szimmetrikus. Az I/Q egyensly azonban felborul, amikor az konstellcis nem ngyzetes, azaz amikor a Q tengely szerinti magassg nem egyezik meg az I tengely szerinti szlessggel. Kvadratra hiba okozhatja az konstellcis diagramm minden ilyesfajta felborulst. A kvadratra hiba akkor keletkezik, amikor az I s a Q vektorok kztt a fzisviszony nem pontosan 90 fok.8.9 Hibavektor nagysga az id fggvnyben

a hibavektor nagysga a bemen jel s a kszlkben generlt, idelis jel kztti klnbsg. Amikor ezt a klnbsget a szimblum vagy az id fggvnyben vizsgljuk, akkor a hibkat sszefggsbe hozhatjuk a bemen hullmforma meghatrozott pontjaival a cscsokkal s a tengelyeken val tmenetekkel. A hibacscs-jelcscs egybeesse kompresszit vagy jellevgst jelez. A hibacscs egybeesse a jelminimummal nulltmenetes nemlinearits jelenthet.A nulltmenetes nemlinearitsra egy plda az ellentem erst, ahol a pozitv s a negatv fele a jelnek kt kln tranzisztor ltal kerl feldolgozsra. Nagy kihvs (klnsen a magas teljestmny erstk esetn) pontosan vezrelni s stabilizlni az erstket gy, hogy az egyik kszlk ppen akkor kapcsoljon ki, amikor a msik bekapcsol, s a kett egyttes mkdse gy folyamatos legyen. A kritikus idpillanat a jelnek a nulln val thaladsakor kvetkezik be, ez az analg tervezsben jl ismert jelensg. Nulltmenetes hibnak, torztsnak vagy nemlinearitsnak is hvjk ezt a jelensget.8.10 Hibaspektrum (hibavektor a frekvencia fggvnyben)

A hibaspektrumot ltalban FFT-vel szmtjuk ki a hibavektor nagysgnak hullmformjbl, s a frekvencia fggvnyben brzoljuk, az gy kapott diagramon pedig olyan rszletek is felsznre kerlnek, amik az idtengelyes diagramon nem voltak lthatak. A legtbb digitlis rendszerben a nem egyenletes zajeloszls vagy a diszkrt jelcscsok kvlrl csatolt interferencira utalnak.9. sszefoglalsA kommunikcis rendszerek tervezse a svszlessg, a teljestmny s a kltsgek egyttes figyelembe vtelt ignyli. Mr a mlt az a tendencia, hogy lehetsges alacsony kltsgek mellett tartani a rdizst olyan paramterek felldozsval, mint a teljestmny vagy a svszlessg.

Ez a felhasznlsi tmutat a kommunikcis rendszerek ltalnos felptst trgyalta. Ezen koncepcik alapjn kpesek lehetnk megrteni a kommunikcis rendszerek mkdst, s napraksz informcik alapjn dnteni a mr meglv rendszernk optimalizlsrl.PAGE 51

_1167063928.unknown

_1170363678.unknown

_1171370310.unknown

_1167202069.unknown

_1167204370.unknown

_1167068197.unknown

_1167063599.unknown