|
|
| Разместил: |
SergUA6  |
| Авторские права |
© http://www.radioscanner.ru |
|
|
GMSK и OQPSK.
Некоторые аспекты анализа.
OQPSK и GMSK тесно связанны, так же как и SDPSK и CPFSK(см. великолепную статью Vanadi), так же как и pi/4 DQPSK и C4FM.
Такой "дуализм" достаточно распространен, и связан с тем, что зачастую некоторые режимы частотной манипуляции при определенных условиях, плавно перетекают и/или стремятся приобрести очертания фазовой манипуляции.
*** GMSK ***
Общие особенности формирования GMSK манипуляции, мы уже рассматривали в статье FSK, GFSK, MSK, GMSK и некоторые другие режимы. и отмечалось, что применение фильтра Гаусса позволяет значительно сузить основной спектр сигнала.
Фильтр Гаусса характеризуется параметром BT, желающие детально разобраться в этой тематике могут это сделать самостоятельно, нас интересуют практические для анализа моменты.
Диапазон значений параметра BT лежит в пределах 1 > BT > 0. Чем меньше значение BT, тем более компактный спектр у результирующего сигнала GMSK.
GMSK с фильтром Гаусса с BT = 1, вырождается в классическую MSK.
Для формирования сигналов GSM стандартно используется фильтр Гаусса с BT = 0.3, и на примере синтезированных сигналов можно посмотреть как это выглядит с позиций задач анализа.
Несколько предварительных замечаний.
Так как, конечным результатом рассмотрения нюансов GMSK будут некоторые выводы относительно сигнала TETRAPOL , то и синтезированные сигналы имеют такую же скорость манипуляции равную 8000 Гц.
Кроме того, в синтезированные сигналы иногда, я буду добавлять немного белого шума, в связи с тем, что идеальные сигналы, хотя и выглядят красиво, тем не менее, имея абсолютную точность, в ряде случаев скрадывают/скрывают общие детали или делают их плохо наблюдаемыми. Этот момент должен быть хорошо понятен из рисунка ниже.
GMSK с фильтром Гаусса и BT = 1 ==> MSK.
Как и ожидалось, основная энергия сосредоточена в полосе 1.5*Br, боковые лепестки хотя и имеют относительно большой уровень, тем не менее могут быть эффективно подавлены/отфильтрованы без ущерба для качества демодуляции. Поскольку MSK в этой статье нас не очень интересует, просто отметим, что уровень боковых лепестков спадает довольно медленно.
GMSK с фильтром Гаусса и BT = 0.3, классическая область использования GSM. На этом сигнале/модели остановимся более подробно и детально.
У этого сигнала основная энергия сосредоточена в полосе меньшей чем у MSK, и кроме того скорость затухания боковых лепестков значительно выше, и как следствие спектр гораздо компактнее. Уровень первого бокового лепестка порядка -40 дб(у MSK ~ -25 дб), второго ~ -70 дб. На этой модели, второй и последующие боковые лепестки практически неразличимы в SA.
Особенности GMSK с фильтром Гаусса и BT = 0.3
Хорошо видно, что после демодуляции через частотный детектор/дискриминатор, амплитуда посылок имеющих минимальную длительность(T) в двое меньше, чем у посылок с длительностями >= 2*T, и общая помехоустойчивость ограничивается именно этим, и именно поэтому помехоустойчивость GMSK ниже чем у MSK. В MSK все посылки независимо от длительности имеют одинаковую амплитуду. Это своебразная цена, за более эффективное использование спектра чем у MSK.
При небольшой расстройке тактовой частоты манипуляции, в универсальном демодуляторе SA, можно наблюдать "глаз диаграмму", она типичная для этого сигнала.
Весьма любопытно выглядит GMSK с BT = 0.3 на фазовой плоскости в различных вариантах отображения.
В относительных режимах, несомненно наблюдается слабое сходство с OQPSK.
Честно говоря, мне казалось, что GMSK с BT = 0.3 достаточно хорошее решение, где ценой небольшого ухудшения помехоустойчивости достигается подавление внеполосных боковых лепестков на весьма высоком уровне, и дальнейшее уменьшение BT вряд ли целесообразно.
Однако практика показала, что это не так, и пример этому сигнал TETRAPOL. Несколько неожиданно было обнаружить, что в этом сигнале BT меньше чем 0.25, и в примере какой у меня оказался, примерно равен 0.22!
GMSK с BT = 0.25, область использования TETRAPOL.
Область концентрации основной энергии еще меньше чем у GSM, скорость спадания боковых лепестков так же лучше чем у GSM. Однако помехоустойчивость хуже чем у GSM, и еще хуже, чем у MSK.
Раскрыв "глаза" на глаз-диаграмме заметно меньше чем у GSM, это выдвигает более жесткие требования как к тактовой синхронизации, так и к отношению сигнал/шум.
Сходство с OQPSK на фазовой плоскости еще больше.
GMSK с BT < 0.25(0.22), область использования TETRAPOL.
Спектр сигнала еще больше уменьшается, стремясь к величине Br.
При этом помехоустйчивость так же неуклонно снижается, по сравнению с ранее рассмотреными сигналами/моделями.
На фазовой плоскости проявляется еще большее сходство с OQPSK.
В принципе очевидно, что дальнейшее уменьшение BT в формирующем фильтре Гаусса, будет вести к стремительному уменьшению основного лепестка спектра и к прогрессируещему ухудшению помехоустойчивости. Мне кажется, что BT = 0.2 и есть та критическая величина, ниже которой опускаться смысла нет. Нужны другие решения.
Одним из таких решений является OQPSK модуляция.
*** OQPSK(Offset QPSK) ***
Вокруг OQPSK достаточно много непонятного и даже мистического, разные источники по разному показывают на фазовой плоскости этот режим модуляции, на нашем форуме проходили жаркие дискуссии по этому поводу. Неясности добавляет тот факт, что даже по разному определяют скорость тактовой манипуляции, одни за тактовую манипуляцию считают ту величину которую можно выделить из сигнала, другие за эту величину считают в два раза меньшую скорость.
Модулятор OQPSK обычно представляют, как модулятор QPSK с относительным сдвигом дибит в квадратурных каналах на половину такта, при этом тактовым интервалом для QPSK является дибит. Это одна из причин разногласий в определении тактовой частоты манипуляции для OQPSK.
Одно из графических представлений процессов происходящих в модуляторе OQPSK, показывает следующий рисунок, это цитата из документа "Digital Modulation in Communications Systems - An Introduction" выпущеного компанией Hewlett-Packard в 1997 году.
Из этого рисунка хорошо видно, что именно следует ожидать на фазовой плоскости, кроме того, явно прослеживается тенденция "размывания" крепких дибит в QPSK, в неявное, но уверенное битовое(в два раза выше) представление тактовой частоты манипуляции в результирующем сигнале OQPSK, за счёт сдвига на половину дибита, то есть на один бит одного из квадратурных каналов при формировании.
Что бы понять причины очень больших разногласий в изображении сигнала OQPSK на фазовой плоскости, рассмотрим грубую структурную схему модулятора OQPSK.
Обычно в качестве аргументов за то или иное отображение сигнала, на фазовую плоскость подают квадратурные компоненты сигнала с точек A и B.
Синтезируя модель по такой схеме, риск получить картину в корне отличную от той, что нарисована у Hewlett-Packard очень и очень велик.
Это достаточно типичная ошибка, основной смысл которой заключается в том, что когда говорят об OQPSK как о смещенной QPSK, то имеется ввиду, что сигнал QPSK формируется с использованием соответствующих формирующих фильтров. На приведенной выше схеме этих фильтров нет, они должны включаться в точки C и D.
От типа и параметров этих фильтров напрямую зависит, как будет выглядеть OQPSK на фазовой плоскости в различных режимах отображения. Выбор фильтров достаточно широк, и единого стандарта для OQPSK похоже не существует, что и является одной из причин такого разногласия относительно вида OQPSK на фазовой плоскости.
Я не буду рассматривать синтезированные сигналы OQPSK, так как в отличии от GMSK, нет четких критериев формирования, и у меня не получается создать модели адекватные существующим записям, по этому ограничимся реальными сигналами.
Пример INMARSAT Satellite .
Мы рассмотрим этот сигнал с тех же позиций, что и GMSK, так как основная цель статьи показать, что GMSK и OQPSK имеют много общего, и надежно различить их временами крайне не просто.
Основная энергия сосредоточена полностью в полосе Br.
Глаз-диаграмма после дискриминатора, выглядит совсем неубедительно, хотя внешне и похожа на GMSK с маленькими индексами BT.
OQPSK на фазовой плоскости, выглядит почти так же как и GMSK с индексами BT < 0.25
Собственно это конечная точка, к которой хотелось подвести эту статью.
Нет явных и убедительных внешних отличий между GMSK и OQPSK в некоторых случаях. Модуляция GMSK с индексами BT < 0.25 тем ближе похожа на OQPSK, чем меньше индекс BT.
На самом деле GMSK и OQPSK две стороны одной медали, это становится еще более очевидным, если вспомнить, что общая схема квадратурного модулятора/формирователя этих режимов практически одна и та же, что для GMSK, что для OQPSK. "Дьявол кроется в деталях" - в фильтрах формирующих спектр, и если для GMSK они стандартизованы, то для OQPSK единого подхода мне обнаружить не удалось.
В заключение.
Не стояла задача "столкнуть лбами" эти два безусловно интереснейших режима модуляции. Напротив, хотелось подчеркнуть общие истоки этих режимов/модуляций, и обратить внимание на возможные трудности в практическом анализе при идентификации.
Отличия конечно можно обнаружить, но они крайне зыбкие, по крайней мере OQPSK "стремится" сформировать на фазовой плоскости "квадратное созвездие", в то время как GMSK "круглое".
Так же следует отметить, что рассуждая о снижении помехоустойчивости GMSK с уменьшением индекса BT, в качестве примера приводятся глаз-диаграммы после дискриминатора, но полностью возможности GMSK реализуются в когеррентных демодуляторах, и все не так плохо как возможно вглядит на моих примерах, хотя общая тенденция снижения помехоустойчивости сохраняется.
Не следует воспринимать эту статью как полностью характеризующую GMSK и OQPSK, конечно это не так, затронута лишь малая часть вопросов касающихся практического анализа, львиная доля, не менее интересных аспектов осталась за кадром.
В любом случае, о возможных проблемах при анализе GMSK и OQPSK сигналов вы знаете.
Удачи.
|
|
|
| Автор |
Комментарий |
alife
Участник
 |
08 Ноя 2011 16:01
Спасибо за статью, довольно наболевшая тема...)
|
mikasa76
Участник
|
08 Ноя 2011 21:49
присоединяюсь к alife, совсем недавно столкнулся с этой же проблемой в контексте классификации этих мод. еще раз подтвердили и мое сугубо личное мнение, которое полностью совпадает с Вашим. спасибо.
|
Mesh
Участник
 |
09 Ноя 2011 12:32
Есть у меня кое-какие думки по резалтам этой статьи. Выходит, что врядли на КВ кто будет применять GMSK с мелкими индексами, там и так проблемы с помехами сильны, что б добовлять ещё и проблемы самой моды. Значится скорее всего на КВ юзают или реал OQPSK или GMSK с большими индексами, а отличия между большим GMSK и OQPSK вроде боле явные и заметные. Вот на УКВ там да, там реал сложности могут быть. Ну так где-то подумалось.
|
|
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные, активировавшие регистрацию и не ограниченные в доступе участники сайта!
|
| Файл создан: 08 Ноя 2011 04:19, посл. исправление: 08 Ноя 2011 13:28 |
|
