Файл: Разработка блока приемопередатчика для системы связи с подвижным объектом стандарта gsm850.doc
Добавлен: 06.11.2023
Просмотров: 77
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Московский Технический Университет Связи и Информатики
Курсовая работа на тему:
«Разработка блока приемопередатчика для системы связи с подвижным объектом стандарта GSM850»
Выполнил: Малов В. Е.
Группа:ПС0601
Проверил: Дингес С.И.
Москва, 2009
Техническое задание.
Задание
Спроектировать приемопередатчик базовой станции стандарта GSM 850 с заданной мощностью 10 Вт. Основное назначение: обеспечить связь с мобильной станцией стандарта GSM 850.
Основные требования применяемые к приемопередатчику.
-
Параметр
Величина
Источник
Диапазон частот:
Канал связи вверх, Rx
824,2-848,8 МГц
[1]
Канал связи вниз, Tx
869,2-893,8 МГц
Разнос канала(шаг частоты)
200 кГц
Дуплексный разнос
45 МГц
Количество РЧ каналов
124
Нестабильность частосты ,∆f
0,1 ppm
ETSI EN 100 910 V8.20.0 (2005-11)
Энергетические параметры:
Номинальная мощность передатчика базовой станции
10 Вт (40 дБм)
[1]
Допустимое отклонение мощности
± 2 дБ
Модуляция:
Вид
GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) - гауссовская манипуляция с минимальным сдвигом
BT=0,5
Уровни внеполосных излучений
100кГц – +0,5 дБ
200 кГц – -30 дБ
250 кГц – -33 дБ
400 кГц – -60 дБ
600-1200кГц – -66 дБ
1200-1800кГц – -69дБ
1800-6000кГц– -71 дБ
>= 6000 кГц – -80 дБ
Уровни побочных излучений передатчика БС
Не превышают -36 дБм
Напряжение источника питания
27 В
Устойчивость к климатическим воздействиям
Нормальные условия – условия, определенные как: температура внешней среды от 15ºС до 35ºС; относительная влажность от
45 % до 75 %; атмосферное давление от 650 до 800 мм рт. ст.; напряжение электропитания – номинальное
Нагрузка: антенна
Входное сопротивление
50 Ом
[1] ETSI EN 300 910 V8.5.1
Digital cellular telecommunications system (Phase 2+) (GSM);Radio transmission and reception (GSM 05.05 version 8.5.1 Release 1999)
Спектральная маска
Временная маска
Выбор архитектуры приемопередатчика
1. Выбор способа обеспечения заданного вида модуляции
Чтобы получить сигнал с видом модуляции GMSK, которая используется в стандарте GSM, в разрабатываемом передатчике применяется квадратурный (I/Q) модулятор.(рис 1)
Рис. 1 Квадратурный модулятор
Схема модулятора состоит из двух перемножителей и одного сумматора. Также он имеет РЧ вход, РЧ выход и два информационных входа:I – синфазный и Q - квадратурный. После того информационные последовательности преобразуются в цифровых узлах из исходного информационного потока с помощью последовательно-параллельного преобразования и проходят через фильтр нижних частот (ФНЧ) с характеристикой Гаусса, что дает значительное уменьшение полосы частот излучаемого радиосигнала, они поступают на модуляционные входы I/Q. Квадратурные опорные сигналы получаются при использовании фазосдвигающего узла, формирующего два опорных ортогональных вектора со сдвигом фазы на 90 градусов. Фаза выходного сигнала в канале Q – 90 или 270 градусов, в канале I – 0 или 180.После суммирования этих сигналов на выходе модулятора может быть получен модулированный сигнал с требуемыми параметрами.
При выборе архитектуры тракта передачи необходимо руководствоваться следующими соображениями: минимальное использование фильтров и других пассивных элементов, которые, будучи громоздкими, затрудняют интеграцию РЧ блока, на выходе передатчика должен обеспечиваться низкий уровень побочных излучений, уменьшение влияния соседних каналов и каналов приема, особенно учитывая близость соседних каналов в системе GSM.
Реализация передатчика с квадратурным модулятором может осуществляться на основе архитектуры с прямой и непрямой модуляцией. В первом случае модуляция и перенос информационного сигнала вверх по частоте на рабочую канальную происходит за один шаг. Во втором – за два последовательных этапа. Архитектура с прямой модуляцией позволяет уменьшить число компонентов, ослабить требования к РЧ фильтрации, а ее недостаток - то, что использование двух перемножителей, работающих на высоких канальных частотах может привести к значительному увеличению потребляемого тока. Однако тут
возникает эффект затягивания частоты ГУН, генерирующего непосредственно частоту передачи, который может быть вызван сигналом, попадающим назад с выхода усилителя мощности. Эту проблему можно решить, применив прямую модуляцию со сдвигом частоты ГУН, при котором опорный сигнал квадратурного модулятора получается путем смешивания и фильтрации сигналов двух ГУНов, работающих на частотах, отличной от канальной. Но важно правильно выбрать частоты гетеродинов, так как на выходе передатчика могут возникнуть их комбинационные составляющие. Так же для этого необходимо поставить на выходе смесителя фильтр, обеспечивающий хорошую избирательность. (рис 2)
Рис.2 Архитектура с прямой модуляцией со сдвигом частоты ГУН
2. Выбор опорного генератора
Основным требованием к опорному генератору является достижение требуемой стабильности частоты. Кварцевые генераторы обладают хорошими свойствами в диапазоне 5-20 МГц. Номинал опорной частоты выберем, исходя из требуемых частот на выходе синтезатора. Итак, выбираем 5 МГц, т.к. при такой опорной частоте получится целый коэффициент делителей в петлях ФАПЧ.
3. Выбор синтезатора частоты
Для установления необходимых опорных частот f1и f2, и стабилизации частоты рабочего генератора. Используем синтезатор частот, получающий системный опорный сигнал от одного стабилизированного кварцевым резонатором генератора. Синтезаторы частот делятся на два вида - активного (косвенного) и пассивного (прямого) синтеза. В системах подвижной связи в основном используются синтезаторы частот активного косвенного синтеза, выполненные на основе петель фазовой автоподстройки частоты. (рис 3)
Рис 3.Система ФАПЧ
Выходная частота ГУН подается на делитель частоты с коэффициентом деления N, а затем на фазовый детектор, который является устройством сравнения. На второй вход фазового детектора подается сигнал ОГ, поделенный на К.Устройство сравнения вырабатывает управляющий сигнал, который подается через ФНЧ на вход ГУН и осуществляет подстройку частоты. В данном случае применяется сдвоенный СЧ, который содержит две петли ФАПЧ для получения двух частот, так как применяется архитектура со сдвигом частоты ГУН.
4 Общая архитектура приемопередатчика
Рис№4 Схема РЧ блока с прямой модуляцией в тракте передачи и одним преобразованием в тракте приёма
При использовании такой архитектуры для сохранения возможности одновременной перестройки трактов приёма и передачи одним генератором, мы должны задать ПЧ тракта приёма равной дуплексному сдвигу Tx/Rx =45 МГц . Тогда перестраиваемый генератор будт настроен на те же частоты что и тракт передачи. Необходимо провести проверку такого частотного плана, чтобы исключить возможность проникновения КС младших порядков в полосу фильтра за смесителем. Если это произойдёт, то процесс демодуляции станет невозможным в связи с тем, что от этих КС невозможно и збавится, а они не несут в себе полезной информации и ухучшают отношение с/ш на входе демодулятора. Проверку произведём, построив апертуры (области, соответствующие диапазонам перестройки генератора и принимаемых частот) на номгораммах КС. Номограмма – это набор прямых y=nx+m, где х – это частота принимаемого сигнала, нормированная к частоте гетеродина, y – промежуточная частота на выходе смесителя, нормированная к частоте гетеродина. Для построения апертур необходимо найти некоторые отношения:
Построения апертур на номограммах (Рис№5) проведём в программе Рамазанова А.Р. с разрешения автора. Апертура в большем масштабе см на Рис№6
Рис№5 Результат построения апертуры в программе Рамазанова А.Р. для архитектуры со смесителем в тракте приёма
Рис№6 Апертура в большем масштабе для архитектуры со смесителем в тракте приёма
Из рис5,6 видим, что аперетруру пересекает линия КС 4 порядка, т.е. такая архитектура РЧ блока не подходит в виду невозможности обеспечить отсутствие КС младших порядков в полосе фильтра за смесителем. Выбрать другую ПЧ нельзя, т.к. тогда придется добавить ещё один перестраиваемый генератор для настройки тракта передачи. Уточним результат построения с помощью программы SpurSearch (Табл№1)
Табл №1 Результат работы программы SpurSearch для архитектуры с одним преобразованием частоты в тракте приёма (FRxпч=45МГц)
Результаты работы программы SpurSearch подтверждают построения, сделанные на номограмме. Т.е. от такой архитектуры отказываемся.
Архитектура РЧ блока с одним преобразованием частоты в тракте передачи и с прямой демодуляцией в тракте приёма
Рис№7 Упрощённая архитектура РЧ блока с одним преобразованием частоты в тракте передачи и с прямой демодуляцией в тракте приёма, необходимая для расчёта частотного плана
Проведём анализ частотного плана. При использовании такой архитектуры для сохранения возможности одновременной перестройки трактов приёма и передачи одним генератором, мы должны задать ПЧ тракта передачи равной дуплексному сдвигу Tx/Rx =45 МГц. Тогда перестраиваемый генератор будет настроен на те же частоты что и тракт приёма. Необходимо провести проверку частотного плана, чтобы исключить возможность проникновения КС младших порядков в полосу фильтра за смесителем. Если это произойдёт, то процесс демодуляции станет невозможным в связи с тем, что от этих КС невозможно избавится. Проникая в полосу фильтра, эти КС усиливаются вместе с полезным сигналом (Fгет +FпчTx) и излучаются в эфир. Это не позволит выполнить требований на внеполосные излучения, предъявляемые к передатчику. Построив апертуры (области, соответствующие диапазонам перестройки генератора и принимаемых частот) на номограммах КС.
Для построения апертур необходимо найти некоторые отношения:
Построения апертур на номограммах (Рис№8) проведём в программе Рамазанова А.Р. (с). Апертура в большем масштабе смотри на Рис№9
Рис№8 Результат построения апертуры для архитектуры со смесителем в тракте передачи
Рис№9 Апертура в большем масштабе для архитектуры со смесителем в тракте передачи
Из построений видно, что аперутры не пересекаются линиями КС до 20 порядка (по частоте гетеродина и по ПЧTx до 10 порядков). Уточним результаты построений в программе SpurSearch (табл №2)