Помехоустойчивость приема дискретных сигналов с многопозиционной фазовой манипуляцией при наличии нефлуктуционных помех тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.04, кандидат наук Нгуен Ван Зунг

• Нгуен Ван Зунг
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Нгуен Ван Зунг

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1. ХАРАКТЕРИСТИКИ СИГНАЛОВ М-ФМ И ОСОБЕННОСТИ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

1.1. Характеристики сигналов М-ФМ

1.1.1. Спектральная эффективность сигналов М-ФМ

1.1.2. Характеристики помехоустойчивости приема сигналов М-ФМ

1.2. Использование сигналов М-ФМ в современных системах передачи информации

1.3. Методы формирования и приема сигналов М-ФМ

1.4. Виды помех, действующих в каналах связи

1.5. Обзор работ по оценке влияния нефлуктуационных помех на помехоустойчивость приема сигналов с фазовой манипуляцией

1.6. Выводы по разделу

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ КОГЕРЕНТНОГО ПРИЕМА СИГНАЛОВ М-ФМ ПРИ НАЛИЧИИ НЕФЛУКТУАЦИОННЫХ ПОМЕХ

2.1. Методика анализа помехоустойчивости корреляционного когерентного приемника сигналов М-ФМ при наличии нефлуктуационных помех

2.2. Исследование помехоустойчивости корреляционного когерентного приемника сигналов М-ФМ при наличии гармонической помехи

2.3. Исследование помехоустойчивости корреляционного когерентного приемника сигналов М-ФМ при наличии фазоманипулированной помехи

2.4. Исследование помехоустойчивости когерентного приемника сигналов М-ФМ при наличии ретранслированной помехи

2.5. Исследование помехоустойчивости когерентного приемника сигналов М-ФМ при наличии сканирующей помехи

2.6. Исследование помехоустойчивости когерентного приемника сигналов М-ФМ при наличии импульсной помехи

2.7. Исследование помехоустойчивости когерентного приемника сигналов М-ФМ при наличии мультипликативной помехи

2.8. Выводы по разделу

3. ВЛИЯНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ СИСТЕМЫ СИНХРОНИЗАЦИИ ПРИЕМНИКА НА ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ КОГЕРЕНТНОГО ПРИЕМА СИГНАЛОВ М-ФМ

3.1. Влияние погрешности оценивания фазы несущей на помехоустойчивость когерентного приема М-ФМ

3.2. Влияние погрешности оценивания тактовых моментов на помехоустойчивость когерентного приема М-ФМ

3.2.1 Влияние статического смещения тактовых моментов

3.2.2. Влияние случайных флуктуаций тактовых моментов

3.3. Выводы по разделу

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ

АВТОКОРРЕЛЯЦИОННОГО ДЕМОДУЛЯТОРА СИГНАЛОВ ДМФМ ПРИ НАЛИЧИИ НЕФЛУКТУАЦИОННЫХ ПОМЕХ

4.1. Исследование помехоустойчивости автокорреляционного демодулятора сигналов ДМФМ в радиоканале с релеевскими замираниями и гармонической помехой

4.1.1. Расчет полной вероятности ошибки 2-ФМ

4.1.2. Расчет полной вероятности ошибки 4-ФМ

4.2. Результаты расчетов

4.3. Исследование помехоустойчивости автокорреляционного демодулятора сигналов М-ФМ в радиоканале с гармонической помехой без релеевских замираний

4.4. Выводы по разделу

5. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КАНАЛА ПЕРЕДАЧИ

ИНФОРМАЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СИГНАЛОВ М-ФМ

5.1. Модели сигналов и помех

5.2. Моделирование канала передачи информации с использованием когерентного демодулятора, оптимального по критерию максимального

правдоподобия

5.3. Моделирование канала передачи информации с использованием квадратурного демодулятора

5.4. Моделирование канала передачи информации с использованием автокорреляционного демодулятора

5.5. Выводы по разделу

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

2-ФМ - бинарная фазовая манипуляция

4-ФМ - четырехпозиционная фазовая манипуляция

8-ФМ - восьмипозиционная фазовая манипуляция

16-ФМ - шестнадцатипозиционная фазовая манипуляция

32-ФМ - тридцатидвухпозиционная фазовая манипуляция

АКД - автокорреляционный демодулятор

АМ - амплитудная манипуляция

М-КАМ - многопозиционная квадратурная амплитудная манипуляция

М-ФМ - многопозиционная фазовая манипуляция

МЧМ - минимальная частотная манипуляция

ОФМ - относительная фазовая манипуляция

ОСШ - отношение сигнал/шум

ХИП - хаотическая импульсная помеха

ЧМ - частотная манипуляция

ФАПЧ - фазовая автоподстройка частоты

ФМ - фазовая манипуляция

APSK - amplitude phase shift keying

BER - bit error rate

BPSK - binary phase-shift keying

DMPSK - differential multiple phase-shift keying

DVB - digital Video Broadcasting

MPSK - multiple phase-shift keying

PSK - phase shift-keying

QAM - quadrature amplitude modulation

QPSK - quadrature phase-shift keying

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Помехоустойчивость приема дискретных сигналов с многопозиционной фазовой манипуляцией при наличии нефлуктуционных помех»

ВВЕДЕНИЕ

В последнее время в мире наблюдается тенденция бурного развития цифровых методов передачи информации. Преимущества таких методов -это весьма хорошие показатели качества связи, высокая пропускная способность каналов передачи и относительная простота построения схем передатчиков и приемников на унифицированной элементной базе.

Среди множества используемых сигналов необходимо отметить сигналы с многопозиционной фазовой манипуляцией (М-ФМ), которые хорошо удовлетворяют современными энергетическим и спектральным требованиями и по сравнению с другими видами дискретных сигналов передачи информации, например с амплитудной и частотной манипуляцией, обеспечивают высокую пропускную способность каналов и помехозащищенность приемо-передающей аппаратуры в сложной помеховой обстановке.

Эти сигналы с успехом используются в мире во многих цифровых системах передачи информации, таких как спутниковые линии связи, системы цифрового телевидения (DVB-S и DVB-S2/S2X), беспроводные и сотовые сети.

Исследованию помехоустойчивости приема сигналов М-ФМ посвящены многие работы, например, монографии Финка Л.М. [1], Тихонова В.И. [2], Тузова Г.И. [3], Прокиса Дж. [4], Боккера П. [5], Fuqin Xiong [6]. В них в основном рассматриваются случаи приема на фоне гауссовского шума или для сигналов с малой степенью позиционности М. Необходимо отметить, что в современных радиоканалах наряду с шумовой часто присутствуют и нефлуктуационные помехи различной природы, вызванные как естественными причинами, так и погрешностями аппаратуры, нарушением регламентов связи, а иногда и преднамеренными действиями абонентов. Появление таких помех приводит к снижению качества связи. Оценка влияния нефлуктуационных помех на помехоустойчивость разных типов приемников сигналов М-ФМ представляет собой важную задачу для

6

радиоэлектронной отрасли любого государства. Решению подобных задач для других видов сигналов посвящены научные работы ряда исследователей: Тузова Г.И., Савватеева Ю.И., Мартиросова В.Е., Куликова Г.В, Шахтарина Б.И., Сизых В.В., Перова А.И., Петрова А. В., Фомина А.И., Сидельникова Г.М. и других.

Это определяет актуальность диссертационной работы,

направленной на определение качества информационного обмена в системах передачи дискретной информации, использующих многопозиционные сигналы с фазовой манипуляцией, в условиях действия различных помех.

Целью работы является сравнительная оценка влияния нефлуктуационных помех разных видов, действующих в канале радиосвязи, и погрешностей синхронизации на помехоустойчивость демодуляторов дискретных сигналов с многопозиционной фазовой манипуляцией и определение допустимых уровней этих помех и погрешностей при сохранении заданного качества связи.

Поставленная цель достигается решением следующих основных задач:

1. Определение основных видов помех, характерных для каналов радиосвязи.

2. Анализ помехоустойчивости когерентных демодуляторов дискретных сигналов с многопозиционной фазовой манипуляцией при наличии нефлуктуационных помех разных видов.

3. Анализ помехоустойчивости автокорреляционного демодулятора приема дискретных сигналов с многопозиционной фазовой манипуляцией при наличии нефлуктуационных помех разных видов.

4. Анализ влияния погрешностей системы синхронизации на помехоустойчивость приема сигналов с многопозиционной фазовой манипуляцией.

5. Разработка и проведение испытаний компьютерной модели когерентного и автокорреляционного демодуляторов сигналов М-ФМ при воздействии нефлуктуационных помех.

Объектом исследования являются демодуляторы сигналов с многопозиционной фазовой манипуляцией в радиоканалах с нефлуктуационными помехами.

Предметом исследования является помехоустойчивость демодуляторов сигналов с многопозиционной фазовой манипуляцией в радиоканалах с нефлуктуационными помехами и при наличии погрешностей синхронизации.

Методы исследования. При решении поставленных задач использовались методы статистической радиотехники, оптимального приема сигналов, теории потенциальной помехоустойчивости, теории вероятностей, матричного исчисления и компьютерного моделирования. Практическая реализация алгоритмов и моделирование радиоканалов осуществлялось с использованием языка программирования БейаЬ.

Достоверность материалов диссертационной работы обеспечивается корректным использованием математического аппарата и полученными данными компьютерного моделирования, подтверждающими теоретические результаты и хорошо согласующимися с результатами, известными из открытых научно-технических источников.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработана методика оценки вероятности символьной и битовой ошибки при приеме сигналов М-ФМ в условиях воздействия различных нефлуктуационных помех.

2. Методами статистической радиотехники получены и подтверждены моделированием оценки вероятности символьной и битовой ошибки для когерентных методов приема сигналов М-ФМ в условиях воздействия следующих нефлуктуационных помех: гармонической, сканирующей, ретранслированной, фазоманипулированной, импульсной и мультипликативной.

3. Методами статистической радиотехники получены и подтверждены моделированием оценки вероятности символьной ошибки для

автокорреляционного метода приема сигналов 2-ФМ и 4-ФМ в условиях воздействия гармонической и ретранслированной помех. 4. Методами статистической радиотехники получены и подтверждены моделированием оценки влияния погрешностей систем фазовой и тактовой синхронизации на помехоустойчивость приема сигналов М-ФМ.

На защиту выносятся следующие основные положения диссертационной работы:

1. Воздействие нефлуктуационных помех большого уровня > 0,5) при

высокой позиционности (М > 8) полностью разрушает прием сигналов М-ФМ, и вероятность битовой ошибки превышает 0,1.

2. Наибольшим поражающим действием при приеме сигналов М-ФМ обладают прицельная узкополосная (гармоническая) и сигналоподобная (ретранслированная) помехи.

3. Поражающее действие нефлуктуационных помех значительно снижается при их большой частотной расстройке относительно центральной частоты спектра полезного сигнала.

4. Фазовая погрешность системы формирования опорных колебаний приемника сигналов М-ФМ высокой позиционности (М > 8) более

л/180 - п/90 недопустима и ведет к существенному увеличению

вероятности битовых ошибок.

5. Допустимая относительная временная погрешность системы тактовой синхронизации приемника сигналов М-ФМ составляет величину 3-5%. Научная значимость работы заключается в следующем:

1. Разработанная методика оценки вероятности символьной и битовой ошибки при приеме сигналов М-ФМ в условиях воздействия нефлуктуационных помех является универсальной. Она может быть использована для анализа помехоустойчивости радиосистем с другими видами многопозиционных сигналов.

2. Проведенный сравнительный анализ воздействия различных нефлуктуационных помех на прием сигналов М-ФМ позволил определить наиболее опасные из них - прицельная гармоническая и ретранслированная помеха.

3. Показано, что с увеличением позиционности сигналов М-ФМ влияние нефлуктуационных помех на качество передачи дискретной информации значительно возрастает.

4. Оценено влияние погрешностей работы систем фазовой и тактовой синхронизации на помехоустойчивость приема сигналов М-ФМ. Практическая значимость работы заключается в следующем:

1. Получены результаты расчетов помехоустойчивости практически реализуемых демодуляторов сигналов М-ФМ (квадратурного и автокорреляционного) в условиях действия нефлуктуационных помех.

2. Поведены оценки энергетических потерь, вызванных действием в радиоканале различных нефлуктуационных помех.

3. Сформулированы рекомендации по допустимым погрешностям систем фазовой и тактовой синхронизации при приеме сигналов М-ФМ.

4. Разработано программное обеспечение для моделирования канала передачи информации с использованием сигналов М-ФМ (получено 2 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ). Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались

на следующих научных конференциях:

1. XVI Всероссийская молодежная научно - техническая конференция «Радиолокация и связь - перспективные технологии» (Москва, 2018);

2. XVI Всероссийская молодежная научно-техническая конференция «Радиолокация и связь - перспективные технологии» (Москва, 6 декабря 2018 г.) Материалы конференции - М.: Мир науки, 2018.-Режим доступа: http://izd-mn.eom/PDF/33MNNPK18.pdf;

3. III Международная научно-практическая конференция «Авиация: история, современность, перспективы развития» (Минск, 2018);

4. Юбилейная XXV Международная научно-техническая конференция «Радиолокация, навигация, связь», посвященная 160-летию со дня рождения А.С. Попова. (Воронеж, 2019);

5. Ежегодная межвузовская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов имени Е.В. Арменского. (Москва, 2019);

6. II Международный научно-технический форум «Современные технологии в науке и образовании» (Рязань, 2019);

7. IV Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы и перспективы развития радиотехнических и инфокоммуникационных систем» «РАДИОИНФОКОМ — 2019» (Москва, 2019);

8. Международная конференция по вычислительной технике и робототехнике (IEEE RCAR 2019). 2019 IEEE International Conference on Real-time Computing and Robotics (RCAR) (Иркутск, Россия);

9. Moscow Workshop on Electronic and Networking Technologies, March 1617, 2020 (MWENT-2020), Penza State University Penza, 40 Krasnaya Str., Russia.

10. Международная научно-практическая конференция «Информационные Инновационные Технологии» (Information Innovative Technologies, I2T). Прага, 20-24 апреля 2020.

11. 2020 Systems of Signal Synchronization, Generating and Processing in Telecommunications (SYNCHROINFO), 1-3 July 2020, Svetlogorsk, Russia.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 22 работы, в том числе, в 6 статьях в рецензируемых журналах из Перечня ВАК, 13 докладах в сборниках трудов российских и международных конференций с 2017 по 2020 гг., 3 из которых индексированы в Scopus. Получено 2 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ и патент на полезную модель.

Личный вклад соискателя. Все основные научные результаты диссертации получены лично автором, либо при его непосредственном участии. Автор самостоятельно провел все расчеты, он активно участвовал в определении методов исследования, в обсуждении результатов, в подготовке и в проведении компьютерного моделирования.

Исследование проводилось при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (уникальный идентификатор RFMEFI57418X0190). Результаты диссертационной работы использованы в учебном процессе ФГБОУ ВО «МИРЭА - Российский технологический университет».

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, заключения, списка литературы и приложений. Объем работы составляет 179 страниц, из них рисунков - 68, таблиц в тексте - 16. Список литературы включает 79 наименований.

В первом разделе дается описание сигнала с многопозиционной фазовой манипуляцией, рассматриваются его энергетические и спектральные характеристики, приведены примеры использования сигналов М-ФМ в системах передачи информации, дан обзор и анализ научно-технической литературы, посвященной анализу помехоустойчивости приема сигналов в каналах радиосвязи со сложной помеховой обстановкой.

Во втором разделе анализируются характеристики помехоустойчивости оптимального когерентного алгоритма приема сигналов М-ФМ при воздействии на демодулятор наряду с шумовой помехой различных нефлуктуационных помех: гармонической, сканирующей, фазоманипулированной, ретранслированной, импульсной и мультипликативной. Результаты анализа дали возможность определить наиболее опасные их типы.

В третьем разделе исследовано влияние погрешностей системы синхронизации на помехоустойчивость когерентного приема сигналов М-ФМ. Проведенное исследование влияния погрешностей системы

синхронизации приемника, а именно, ошибок оценивания фазы несущей и погрешностей работы блока тактовой синхронизации на помехоустойчивость когерентного приема сигналов М-ФМ позволило оценить допустимые отклонения этих параметров от номинальных значений с точки зрения снижения помехоустойчивости.

В четвертом разделе анализируются характеристики помехоустойчивости автокорреляционного алгоритма приема сигналов М-ФМ при воздействии на демодулятор шумовой помехи и нефлуктуационных помех.

В пятом разделе приводится компьютерное моделирование канала передачи информации с использованием сигналов М-ФМ, а именно с использованием когерентного демодулятора, оптимального по критерию максимального правдоподобия, с использованием квадратурного демодулятора и автокорреляционного демодулятора.

В заключении приводятся основные результаты анализа помехоустойчивости демодуляторов сигналов М-ФМ, делаются выводы о влиянии нефлуктуационных помех и погрешностей синхронизации, даются рекомендации и обозначаются направления дальнейших исследований.

В приложение вынесены листинги программ, акт об использовании результатов диссертационной работы, копии документов на объекты интеллектуальной собственности и научные награды аспиранта.

1. ХАРАКТЕРИСТИКИ СИГНАЛОВ М-ФМ И ОСОБЕННОСТИ ИХ

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

К основным задачам, стоящим перед разработчиками современных систем передачи информации по радиоканалам, относятся обеспечение высокой пропускной способности каналов и помехозащищенности приемопередающей аппаратуры в сложной помеховой обстановке. Это достигается, кроме прочего, выбором энергетически и спектрально эффективных видов используемых сигналов и методов их приема. Перспективным классом являются многопозиционные сигналы, среди которых можно выделить сигналы с многопозиционной фазовой манипуляцией (М-ФМ или МРБК в иностранной литературе).

1.1. Характеристики сигналов М-ФМ

Сигнал М-ФМ на тактовом интервале Т принимает одно из М возможных значений:

12к

(Г) = 4)ОС8(Ю01 + Фг + Фс ),Фг =—, I Е (0,Та ], I = 0,1,..м -1, (1.1)

где ю0 - несущая частота; ф. - информационная фаза; А = л/2Е / Т - амплитуда сигнала; Е = кЕь - энергия канального символа, несущего информацию о к = М информационных битах; Е - энергия, приходящаяся на один бит информации; и - начальное фазовое смещение сигнального созвездия.

Сигнальные созвездия М-ФМ изображены на рис. 1.1. Сигнальные точки и соответствующие им канальные символы расположены в соответствии с кодированием Грея.

ООО

110

М= 2, (ft=0 М=4, Cft=7i/4 М= 8, (ft=0

Рис. 1.1. Сигнальные созвездия многопозиционной фазовой манипуляции (пунктиром показаны границы областей принятия решения).

Преимущества фазовой манипуляции (ФМ) по сравнению с другими видами дискретных сигналов передачи данных предопределили ее распространение в современных цифровых радиоканалах связи (особенно в спутниковых линиях связи). Известно, что при оптимальном построении приемника ФМ-сигналы обеспечивают большую помехоустойчивость по сравнению с амплитудной и частотной манипуляцией и делают возможным передачу информации с высокой спектральной эффективностью. Повышение быстродействия каналов связи с фазовой манипуляцией достигается при повышении числа возможных положений фазы сигнала M. Величина M задает количество элементарных посылок, отличающихся только фазами. При M = 2 говорят о двухпозиционной или бинарной ФМ (2-ФМ, BPSK), при M = 4 - о четырехпозиционной ФМ (4-ФМ, QPSK), и т.д. Сигнал ФМ при M > 4 относятся к классу многопозиционных сигналов.

1.1.1. Спектральная эффективность сигналов М-ФМ

Сравнительные характеристики сигналов М-ФМ приведены в табл. 1. 1 [7]. Видно, что с увеличением позиционности М затраты полосы Рд/

уменьшаются в к = logM раз. При этом затраты энергии растут достаточно медленно до М=16, а затем существенно возрастают, из чего следует, что применение сигналов М-ФМ с M > 16 в цифровых радиоканалах с ограниченной полосой нецелесообразно.

Таблица 1.1 Сравнительные характеристики сигналов М-ФМ

Позиционность M 2 4 8 16 32 64

к = log M 1 2 3 4 5 6

Затраты полосы в у 1 0,5 0,33 0,25 0,2 0,167

1 Ру * 1 2 3 4 5 6

Затраты энергии в * 1 1,5 2,31 3,75 6,2 10,5

* под величиной 1/Рд^ будем понимается удельная пропускная способность - число бит/с на 1 Гц полосы при максимальной скорости передачи информации).

Спектральная плотность мощность сигнала определяется следующим образом [6]:

ц/Т* фТь

Из данной формулы видно, что расстояние между первыми нулями спектральной плотности мощности сигнала QPSK равно А/ = 1/ Тъ, что в два раза меньше, чем для сигнала БРБК (рис. 1.2а). Другим словами, спектральная эффективность квадратурной модуляции РРБК в два раза выше, чем бинарной модуляции БРБК. Для сигналов М-ФМ, спектральная эффективность в к раз выше, чем бинарной модуляции БРБК.

Рис. 1.2б иллюстрирует соответствующие изменения внеполосной мощности сигналов М-ФМ (мощности вне полосы В) при разных значениях М, что также говорит в пользу многопозиционных сигналов.

10

о

Роь(В)-ю

-50

1.5 2 ЛГ

-20

о

0.5

О

2

4 2ВТЬ

а)

б)

Рис. 1.2. Спектральные характеристики сигналов М-ФМ: а) спектральная плотность мощности, б) внеполосная мощность.

1.1.2. Характеристики помехоустойчивости приема сигналов М-ФМ

Исследования [4] показали, что минимально достижимая вероятность ошибки на символ при оптимальной когерентной обработке такого сигнала с позиционностью М определяется выражением:

где уь = Еь/Ы0 - отношение сигнал/шум (ОСШ), пересчитанное на один бит информации

На рис 1.3 показаны зависимости вероятности битовой ошибки р6 от отношения сигнал/шум Еь/К0 в канале с аддитивным белым гауссовским шумом для М = 2, 4, 8, 16 и 32. Кривые явно иллюстрируют потери в отношении сигнал/шум по мере роста М > 4. Например, при РеЬ = 10"5 разница в Е/^о между М = 4 и М = 8 приблизительно равна 4 дБ, а разница между М = 8 и М = 16 приблизительно равна 5 дБ. Для больших значений М рост числа фаз вдвое требует дополнительно увеличения отношения сигнал/шум на 6 дБ/бит для достижения того же качества.

р ;

еЪ

25

Рис. 1.3. Зависимости вероятности битовой ошибки РеЪ от отношения сигнал/шум Еь/Ы0 для когерентного приема сигналов М-ФМ при различных

В реальной аппаратуре при реализации схем передатчиков и приемников сигналов с фазовой манипуляцией используется дополнительное дифференциальное (относительное) кодирование для устранения эффекта «обратной работы» и применяются сигналы ЭМРБК. Это, к сожалению, приводит к некоторому увеличению вероятности ошибки. Так, например, вероятность ошибки некогерентного приема сигналов ЭМРБК в канале с аддитивным белым гауссовским шумом может быть вычислена по следующей формуле [4]:

На рис. 1.4 показаны зависимости вероятности ошибки Р3 и РеЪ от отношения сигнал/шум (ОСШ) при некогерентном приеме сигналов ЭМРБК. Видно, что при вероятности ошибки р < 10 3 разница в ОСШ между 2-ФМ и ОБРБК менее 3 дБ. При р < 10"5 разница в ОСШ меньше 1 дБ. Поскольку ОБРБК мало уступает 2-ФМ при больших ОСШ и не требует разработки

значениях М = 2к.

специального метода оценки фазы несущей, она часто используется в цифровых системах. Следовательно, выбор ЭМРБК неодназначен.

ю

1<Г

1С

Р 10"3

10"*

10

10

М= 32

\ \ М \ М= 8 X 1б\

К и

М= 2

10

10"

10"'

Р , 10"3

ев

10

10

X jU = 32

\ м- \ м=и = 8 V

\ М= 4\

М= 2

и 5 10 15 20 25 10 о g 10 15 20 25

а) б)

Рис. 1.4. Зависимости вероятности ошибки Ps (a) и Peb (б) от отношения сигнал/шум для некогерентного приема сигналов DMPSK при различных

значениях M = 2к.

1.2. Использование сигналов М-ФМ в современных системах передачи

информации

Сигналы с М-ФМ, благодаря своим энергетическим и спектральным характеристикам, давно и успешно применяются в системах передачи дискретной информации, в частности, в следующей аппаратуре:

1. В новом поколениималоканальной цифровой радиорелейной станции ЦРРС МИК-РЛ4.. .15РМ с повышенной пропускной способностью до 78 Мбит/с применяются сигналы 4-ФМ (QPSK - Quadrature Phase Shift Keying) [8].

2. В сотовых сетях стандарта CDMA (англ. Code Division Multiple Access -множественный доступ с кодовым разделением (МДКР)), EV-DO (англ. Evolution-Data Only, Evolution-Data Optimized) используется модуляция 4-ФМ (QPSK), 8-ФМ (8-PSK), 16-KAM (16-QAM) [9].

Таблица 1.2. Характеристики видов модуляции стандарта EV-DO

Режимы модуляции QPSK 16-QAM 8-PSK 16-QAM

Скорость передачи данных (кбит/с) 38,4; 153,6; 614,4 1228,8 1843,2 2457,6

3. Основным видом модуляции в стандарте DVB-S или DVB-S2 принята модуляция QPSK, в отдельных случаях могут использоваться 8-PSK, 16-

APSK и 32-APSK [10]. Таблица 1.3. Характеристики видов модуляции стандарта DVB-S и DVB-S2

EIRP, дБВт 51 53,7

Стандарт DVB-S DVB-S2 DVB-S DVB-S2

Модуляция и кодирование QPSK 2/3 QPSK 3/4 QPSK 7/8 8-PSK 2/3

Символьная скорость, МБод 27,5 30,9 27,5 29,7

Отношение сигнал/шум, дБ 5,1 5,1 7,8 7,8

Скорость передачи информационных битов, Мбит/с 33,8 46 44,4 58,8

4. Аппаратура ССС АМSC (Аmerican Mobile Satеllite Corp.) предназначена для мобильной радиотелефонной связи и передачи данных на территориях США, Пуэрто-Рико, Виргинских островов и 200-мильной зоны вокруг них. Аналогичное назначение имеет ССС MSAT (Mobile Satel lite), обслуживающая территорию Канады и других стран Северной Америки [11].

Таблица 1.4. Характеристики видов модуляции стандарта AMSC

Тип станции 1 2 3 4 5 6 7 8

Скорость передачи, кбит/с 4,8 9,6 4,8 2,4 2,4 4,8 9,6 2,4

Режимы модуляции 8PSK QPSK 8PSK QPSK QPSK 8PSK QPSK QPSK

Пороговое отношение, Es/N0 12,5 8 12,5 6 8 11 7 7

5. Сигнал М-ФМ применяется в стандарте спутниковой связи «Услуга высокоскоростного (широкополосного) доступа» (ВСД, broad band access) в

Ka-диапазоне частот в Internet [12].

Таблица 1.5. Характеристики видов модуляции стандарта «Услуга ВСД»

Стандарт построения спутниковой связи DOCSIS-S DVB-RCS IPoS

Максимальные информационные скорости в прямых и обратных каналах абонент - базовая станция 2,048 Мбит/с 2,048 Мбит/с 2,048 Мбит/с

базовая станция -абонент DVB-S ^ 50/108 Мбит/с DVB-S2 > 100 Мбит/с DVB-S ^ 45/68 Мбит/с DVB-S2 > 100 Мбит/с DVB-S ^ 45/68 Мбит/с DVB-S2 > 100 Мбит/с

Режимы модуляции абонент - базовая станция QPSK,8PSK, 16PSK QPSK,8PSK О-QPSK с ограничениями по амплитуде

базовая станция -абонент QPSK,8PSK, 16PSK QPSK,8PSK, 16APSK, 32APSK QPSK,8PSK,16 APSK,32APSK

6. Навигационные сигналы в глобальной навигационной спутниковой системе (ГЛОНАСС) делятся на FDMA-сигналы и CDMA-сигналы. В FDMA-конфигурации используют два типа навигационных сигналов: открытые с обычной точностью и защищенные с повышенной точностью. Сигналы передаются методом расширения спектра в прямой последовательности (DSSS) и модуляцией BPSK. Сигнал в диапазоне L1 находится на центральной частоте 1602 МГц, длительность кода ПСП - 1023 символа, тактовая частота - 1,023МГц, вид модуляции BPSK(1), скорость передачи -125 бит/а Сигнал в диапазоне L2 находится на центральной частоте 1246 МГц, длительность кода ПСП - 1023 символа, тактовая частота - 1,023МГц, вид модуляции BPSK(1), скорость передачи - 250 бит/а В CDMA-сигналах, используют открытый сигнал L1OC, L2OC, L3OC. Открытый сигнал L3OC

передается на частоте 1202,025 МГц, использует BPSK(10) для пилотного и информационного сигналов, длительность кода ПСП - 10230, тактовая частота - 10,23, МГц скорость передачи ЦИ - 100 (бит/с, пилот-сигнал). Открытый сигнал L1OC и защищенный сигнал L1SC передаются на частоте 1600,995 МГц, а открытый сигнал L2OC и защищенный сигнал L2SC - на частоте 1248,06 МГц, перекрывая диапазон сигналов формата FDMA [13].

Таблица 1.6. Характеристики видов модуляции в ГЛОНАСС

Диапазон Несущая частота, МГц Длительность кода ПСП, символы Тактовая частота, МГц Режимы модуляции Скорость передачи ЦИ,бит/с

L1 1600,995 1023 1,023 BPSK(1) 125

L2 1248,06 1023 1,023 BPSK(1) 250

L3 1202,025 10230 10,23 BPSK(10) 100

7. Стандартный вариант связи SCPC (связь по топологии «точка-точка») - это две VSAT-станции, расположенные в двух пунктах, и соединяющиесячерез спутник. Канал связи жестко закреплен за пользователем. Радиочастоты и другие параметры спутникового канала станции спутниковой связи работают обычно в 2 диапазонах: С-диапазон (прием 4 ГГц, передача 6 ГГц) и Ки-диапазон (прием 11 ГГц, передача 14 ГГц). Так как передача идет в цифровом виде, то используется фазовая модуляция. Так как, чем уже занимаемая полоса, тем меньше используется ресурс спутника, то применяется модуляция QPSK, которая эффективнее в 1,5 раза модуляции BPSK, т.е. в один и тот же период времени при всех остальных равных условиях с помощью QPSK передается в 1,5 раза больше информации, чем с использованием BPSK [14].

8. GPS (англ. Global Positioning System - система глобального позиционирования) - спутниковая система навигации, обеспечивающая измерение расстояния, времени и определяющая местоположение во всемирной системе координат WGS 84.

Сигнал с кодом стандартной точности (C/A-код - модуляция BPSK), передаваемый в диапазоне L1 (и сигнал L2C (модуляция BPSK) в диапазоне L2 начиная с аппаратов IIR-M), распространяется без ограничений на использование.

Для военных пользователей дополнительно доступны сигналы в диапазонах L1/L2, модулированные помехоустойчивым криптоустойчивым P(Y)-кодом (модуляция BPSK) [15].

9. Сигнал M-PSK широко используется для радиопередачи в стандарте WiFi IEEE 802.11, который определяет набор протоколов для самых низких скоростей передачи данных [16].

Таблица 1.7. Характеристики видов модуляции стандарта WiFi IEEE 802.11

Протокол IEEE 802.11 Режимымодуляции Спектр в частотных каналах, ГГц Максимальные скорости передачи данных в канале,Мбит/с

IEEE 802.11b DBPSK и DQPSK 2,4 1; 2;5,5; 11

IEEE 802.11a BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM 5 6; 9; 12; 18; 24; 36; 48; 54

IEEE 802.11g DBPSK и DQPSK 2,4 1; 2; 5,5; 11 Мбит/с на DSSS 6; 9; 12; 18; 24; 36; 48; 54 Мбит/с на OFDM.

IEEE 802.11n BPSK(1/2) QPSK(1/2) QPSK(3/4) 20 МГц 40 МГц 6,5; 7,2;13,5; 15 13; 14,4; 27; 30 19,5; 21,7; 40,5;45

10. В EDGE (англ. Enhanced Data rates for GSM Evolution) используется модуляция 8-PSK для пяти из девяти кодовых схем (MCS). EDGE получает 3-битовое слово за каждое изменение фазы несущей. Это эффективно (в среднем в 3 раза, в сравнении с GPRS) увеличивает общую скорость, предоставляемую GSM [17].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Нгуен Ван Зунг, 2021 год

АКТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

результатов кандидатской диссертации Нгуен Ван Зунга «Помехоустойчивость приема дискретных сигналов с многопозиционной фазовой манипуляцией при наличии нефлуктуационных помех» в образовательном процессе МИРЭА - Российского технологического университета

Настоящим актом удостоверяем, что результаты диссертационной работы Нгуен Ван Зунга, представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук, а именно, методика и результаты анализа помехоустойчивости корреляционного и автокорреляционного методов приема дискретных сигналов с многопозиционной фазовой манипуляцией, опубликованные в научных статьях:

1. Куликов Г.В., Нгуен Ван Зунг, Нестеров A.B., ЛелюхА.А. Помехоустойчивость приема сигналов с многопозиционной фазовой манипуляцией в присутствии гармонической помехи // Наукоемкие технологии. 2018. № U.C. 32-38.

2. Нгуен Ван Зунг. Помехоустойчивость корреляционного приемника сигналов с многопозиционной фазовой манипуляцией при наличии ретранслированной помехи. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2019. № 3. Режим доступа: http://jre.cplire.rU/jre/marl9/4/text.pdf. DOI 10.30898/16841719.2019.3.4.

3. Куликов Г.В., Нгуен Ван Зунг, До Чунг Тиен. Влияние фазоманипулированной помехи на помехоустойчивость корреляционного демодулятора сигналов с многопозиционной фазовой манипуляцией // Российский технологический журнал [электронный журнал]. 2019. Т. 7. № 2. С. 18-28. Режим доступа: https://rtj.mirea.ru/upload/medialibraiy/4c2/RTZH_2_2019_18_28.pdf. DOI: 10.32362/2500-316Х-2019-7-2-18-28.

внесены в рабочие программы и использованы в лекциях при подготовке студентов по дисциплине «Основы теории радиосистем передачи информации» (специальность 11.05.01 «Радиоэлектронные системы и комплексы», специализация «Радиоэлектронные системы передачи информации»).

Директор Института РТС, д.ф.-м.н., профессор

Заведующий кафедрой РЭСК, д.т.н., доцент

Профессор кафедры РЭСК, к.т.н., доцент

А.Г. Васильев С.Н. Замуруев А.И. Стариковский

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «МИРЭА - РОССИЙСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

I СТЕПЕНИ

третьей научно-техническои конференции

студентов и аспирантов мирэа - российского технологического университета

(21-26 мая 2018 г.)

НГУЕН ВАН ЗУНГ

выдан

за доклад на заседании секции «Радиоэлектронные системы и комплексы радиолокации и радионавигации» Института радиотехнических и телекоммуникационных систем

Ректор

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «МИРЭА - РОССИЙСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ДИПЛОМ

з МЕСТО

за научный доклад «Влияние неточности тактовой синхронизации на помехоустойчивость когерентного приема сигнаюв М-ФМ», представляющий теоретический вклад по номинации

«Обработка и передача информации по каналам радиосвязи»

НАГРАЖДАЕТСЯ

Ректор РТУ МИРЭА