 |
Применение FDM в промышленности
|
|
|
|
Применение FDM в промышленности
FDM обычно используется в различных протоколах связи, включая Bluetooth и протоколы сотовой связи, такие как GSM, TDMA и CDMA. Первый пример - Bluetooth, протокол цифровой связи, который используется сотовыми телефонами, ноутбуками и карманными компьютерами. Он работает в нелицензируемом диапазоне 2, 4 ГГц и использует FDM, определяя 79 каналов с частотами от 2, 402 ГГц до 2, 480 ГГц, которые расположены с интервалом 1 МГц. Ограничение полосы каждого канала осуществляется с помощью гауссовского фильтра.
Второй пример использования FDM – применение в протоколе GSM, который является стандартом сотовой связи 3G. В GSM частотный диапазон разделен на каналы передачи от базовой станции к абонентам в диапазоне 890 - 915 МГц и каналы обратной передачи в диапазоне 935 - 960 МГц. Кроме того, эти полосы частот делятся на 124 канала, расположенных с интервалом 200 кГц. Полоса каждого из каналов ограничивается с помощью фильтра с косинусоидальным сглаживанием (root raised cosine filter).
Использование формирователей импульсов для ограничения полосы частот
Поскольку при цифровой модуляции для передачи информации используются изменяющиеся характеристики несущего синусоидального сигнала, фильтрация является важным механизмом ограничения скорости их изменения. Резкие изменения синусоиды приводят к появлению гармоник несущей на более высоких частотах. Это может вызвать серьезную помеху в системах связи по двум причинам. Во-первых, гармоники требуют большей мощности при генерации. Во-вторых, канал без фильтра отдает существенную часть мощности в смежные каналы, что может вызывать интерференцию. Проиллюстрируем эту ситуацию. Рассмотрим систему, каждый канал которой имеет полосу 80 МГц и расположен с интервалом в 100 МГц. Ниже на диаграмме показан тестовый канал в виде белого графика. Моделируемый физический канал показан красным цветом. Обратите внимание, что одна из гармоник тестового канала попадает в спектр соседнего канала на частоте 1, 1 ГГц всего лишь с -20 dB ослаблением.
|
|
|
Таким образом, из рисунка видно, что отсутствие формирующего фильтра создает существенную интерференцию между соседними каналами, поэтому полосу пропускания каждого из каналов необходимо ограничивать. С применением формирующего фильтра, символьные переходы сглаживаются, и гармоники существенно ослабляются. Ниже показана частотная область той же самой физической системы после того, как была применена фильтрация с формированием импульсов для каждого из каналов. На рисунке видно, что мощность смежных каналов значительно снижена.
Таким образом, применение фильтрации уменьшает спектральную утечку в полосу соседнего канала. Из рисунка видно, что интерференция от тестового канала (1, 0 ГГц) была уменьшена до -70 дБ после применения формирующего фильтра. Обратите внимание, что полоса пропускания (Bandwidth) каждого канала определяется исключительно скоростью передачи символов (symbol rate), так что:
Полоса пропускания (Bw) = 2 / Символьная скорость (Rs)
Следовательно, применяя формирующий фильтр, мы в состоянии ограничить полосу частот каждого канала для реализации многоканальных систем связи.
Уменьшение межсимвольной интерференции (ISI)
Кроме того, что формирующие фильтры могут использоваться для устранения интерференции от соседних каналов в частотной области, они могут также использоваться для устранения интерференции от следующих символов в том же самом канале. Межсимвольная интерференция (ISI) может быть вызвана слабым затуханием из-за наличия нескольких трактов распространения сигнала. Это приводит к тому, что некоторые символы могут выйти за заданный им интервал времени. В результате они могут смешиваться со следующими или предыдущими переданными символами.
|
|
|
Единственное решение этой проблемы - применение формирующего фильтра. Применяя фильтрацию к каждому сгенерированному символу, мы ослабляем его начальную и конечную части. Это уменьшает ISI, благодаря уменьшению последней части каждого символа, которой требуется самое большое время, чтобы достигнуть приемника. Ниже показан пример использования формирующего фильтра для каждого генерируемого символа. Из рисунка видно, что максимальное пропускание фильтра приходится на середину периода символа.
Пик каждого символа соответствует точке пересечения нуля для каждого последующего символа. Кроме того, начальные и конечные части символьного периода ослаблены. Таким образом, благодаря появлению интервала псевдозащиты, ослабляющего сигналы от многолучевых отражений, ISI уменьшается.
|
|
|
