Помехоустойчивость приема сигналов с многопозиционной амплитудно-фазовой манипуляцией при наличии нефлуктуационных помех тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Данг Суан Ханг

• Данг Суан Ханг
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Данг Суан Ханг

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР РАДИОСИСТЕМ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ СИГНАЛЫ С АМПЛИТУДНО-ФАЗОВОЙ МАНИПУЛЯЦИЕЙ. МОДЕЛИ СИГНАЛОВ И ПОМЕХ

1.1. Возможности систем спутниковой связи

1.2. Системы цифрового спутникового телевидения

1.3. Применение сигналов АФМ в системах широкополосного доступа для авиапассажиров

1.4. Характеристики сигналов АФМ и модели помех

1.5. Обзор литературы по влиянию различных помех и искажений на помехоустойчивость приема сигналов АФМ

1.6. Выводы по разделу

2. ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ КОГЕРЕНТНОГО ПРИЕМА СИГНАЛОВ АФМ ПРИ НАЛИЧИИ НЕФЛУКТУАЦИОННЫХ ПОМЕХ

2.1. Методика расчета вероятности ошибки при приеме на фоне нефлуктуационных помех

2.2. Помехоустойчивость когерентного приема сигналов АФМ в присутствии фазоманипулированной помехи

2.3. Помехоустойчивость когерентного приема сигналов АФМ в присутствии ретранслированной помехи

2.4. Помехоустойчивость когерентного приема сигналов АФМ в присутствии частотно-манипулированной помехи

2.5. Помехоустойчивость когерентного приема сигналов АФМ в присутствии сканирующей помехи

2.6. Сравнительная оценка влияния нефлуктуационных помех

2.7. Выводы по разделу

3. ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ ПРИЕМА СИГНАЛОВ АФМ ПРИ НАЛИЧИИ АППАРАТНЫХ ПОГРЕШНОСТЕЙ

3.1. Влияние амплитудного разбаланса квадратурных каналов

3.2. Влияние фазового разбаланса квадратурных каналов

3.3. Влияние фазовой погрешности формирования опорных колебаний

3.4. Влияние погрешности тактовой синхронизации

3.5. Влияние нелинейности амплитудных характеристик

3.6. Сравнение результатов для сигналов КАМ и АФМ

3.7. Выводы по разделу

4. ОПТИМИЗАЦИЯ СОЗВЕЗДИЙ СИГНАЛОВ С АМПЛИТУДНО-ФАЗОВОЙ МАНИПУЛЯЦИЕЙ

4.1. Оптимизация формата созвездия для 16-АФМ

4.2. Сигнальные созвездия 16-АФМ с точкой нулевой амплитуды

4.3. Оптимизация формата созвездия для 32-АФМ

4.4. Вывод по разделу

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

5.1. Программа моделирования аппаратных погрешностей квадратурного модулятора и демодулятора

5.2. Компьютерное моделирование передачи и приема сигнала 16-АФМ в канале связи с нефлуктуационными помехами

5.3. Эксперимент по проверке влияния гармонической помехи на прием сигнала с модуляцией 16-АФМ

5.4. Выводы по разделу

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

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

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы во всем мире возрастает потребность в разработке и проектировании спутниковых каналов связи высокой пропускной способности при эффективном использовании частотного ресурса. Решение этой задачи является компромиссом между энергетическим потенциалом системы, помехоустойчивостью, выделенной полосой рабочей частоты и пропускной способностью канала. В таких системах сигналы с многопозиционной амплитудно-фазовой манипуляцией с кольцевой формой сигнальных созвездий (АФМ, англ. APSK) являются одним из наиболее эффективных способов передачи дискретной информации. Сигналы АФМ с позиционностью 16 и 32 нашли широкое применение во многих спутниковых системах, основными из которых являются система цифрового телевидения (DVB-S2/S2X) и терминал с очень малой апертурой (англ. Very Small Aperture Terminal - VSAT). Практическое использование сигналов АФМ большей позиционности в перспективных спутниковых системах будет осуществляться вместе с достижениями в развитии технического оборудования. В настоящее время также активно внедряются АФМ сигналы в спутниковых каналах с высокой пропускной способностью в целях предоставления широкополосного доступа для авиа- и железнодорожных пассажиров и для интерактивного телевидения.

На изучение помехоустойчивости приема сигналов АФМ направлены многочисленные исследования, среди них монографии Миноли Д. [1], Бернарда Скляра [2], Дж. Прокиса [3], Fuqin Xiong [4]. В этих источниках в основном рассматриваются принципы формирования и приема сигналов АФМ в каналах с гауссовским шумом. Значительной вклад в исследование помехоустойчивости приема таких сигналов при наличии помех нефлуктуационного типа и нелинейных искажений приемо-передающего тракта внесли российские ученые Назаров О.В. [5], Савватеев Ю.И. [5], Мартиросов В.Е.[6-7], Довбня В.Г. [8], Носов В.И. [9-14], Дегтярев С.С. [9,11-14], Савищенко Н.В. [15], Паршуткин А.В. [16] и другие.

Из-за наличия различных помех, аппаратных погрешностей и искажений в каскадах обработки сигналов качество передачи информации в реальных системах в значительной степени снижается. Оценка помехоустойчивости приемников АФМ сигналов при наличии внешних помех и внутренних факторов является важной задачей для разработки и модернизации будущих высокоскоростных спутниковых систем.

Это определяет актуальность диссертационной работы, направленной на оценку и повышение помехоустойчивости приема сигналов АФМ с кольцевой формой сигнальных созвездий в спутниковых системах связи и цифрового телевидения.

Целью работы является повышение помехоустойчивости приема сигналов с многопозиционной амплитудно-фазовой манипуляцией с кольцевой формой сигнальных созвездий при наличии нефлуктуационных помех и аппаратных погрешностей.

Задачи диссертационной работы. Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

1. Определение основных типов помех, часто встречающихся в каналах спутниковой связи.

2. Оценка степени снижения помехоустойчивости приема сигналов АФМ в условиях нефлуктуационных помех.

3. Оценка степени снижения помехоустойчивости приема сигналов АФМ при наличии аппаратных погрешностей и искажений.

4. Оптимизация сигнальных созвездий для повышения помехоустойчивости приема сигналов АФМ.

5. Моделирование и натурные испытания демодуляторов сигналов АФМ.

Объектом исследования являются приемники сигналов с амплитудно-

фазовой манипуляцией в спутниковых системах связи и цифрового телевидения.

Предметом исследования являются методы повышения помехоустойчивости приемников сигналов с амплитудно-фазовой манипуляцией в спутниковых системах связи и цифрового телевидения.

Методы исследования. В ходе решения задач диссертационной работы были использованы методы статистической радиотехники, теория оптимального приема сигналов, теория вероятностей, компьютерное моделирование и натурные аппаратные испытания на приемо-передающем оборудовании.

Достоверность полученных результатов подтверждается корректным использованием проверенного математического аппарата и хорошо зарекомендовавшего себя программного обеспечения, данными моделирования и натурных испытаний.

Научная новизна работы:

1. Разработана методика определения помехоустойчивости когерентного приема многопозиционных сигналов АФМ с кольцевой формой сигнальных созвездий в условиях нефлуктуационных помех.

2. Получены оценки помехоустойчивости приема сигналов АФМ в присутствии нефлуктуационных помех с разными характеристиками.

3. Получены оценки помехоустойчивости приема сигналов АФМ при наличии аппаратных погрешностей приемного тракта.

4. Предложены оптимизированные форматы созвездия для 16-АФМ и 32-АФМ сигналов, проведена оценка помехоустойчивости их приема в условиях нефлуктуационных помех.

Основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту:

1. Энергетические потери при когерентном приеме сигналов АФМ даже при относительной интенсивности помех 0,1 для Peb = 10-4 могут достигать 2,5 - 7 дБ в зависимости от позиционности сигнала.

2. Допустимые погрешности систем фазовой и тактовой синхронизации при когерентном приеме сигналов АФМ составляют:

- временная погрешность системы тактовой синхронизации - 5%,

- фазовый сдвиг опорных сигналов - 2°.

- разбаланс квадратурных каналов (для квадратурного демодулятора) - 10%

по амплитуде и 20-30 по фазе.

3. Приемники сигналов АФМ менее чувствительны к величине амплитудного разбаланса квадратурных каналов, чем приемники сигналов КАМ. Фазовый разбаланс сказывается одинаково.

4. Применение сигнала 16-АФМ с оптимизированным созвездием (1,5,10) с точкой с нулевой амплитудой позволяет добиться энергетического выигрыша около 1 дБ по сравнению со стандартным созвездием (4,12).

Практическая значимость работы:

1. Определены величины энергетических потерь при приеме сигналов АФМ в присутствии нефлуктуационных помех.

2. Определены допустимые погрешности формирования сигналов в блоках синхронизации и квадратурного преобразования демодулятора сигналов АФМ.

3. Разработано программное обеспечение для моделирования канала связи с использованием сигналов АФМ при наличии различных факторов, влияющих на помехоустойчивость их приема.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на следующих научных конференциях:

1. XIII Всероссийская НПК студентов и аспирантов «Актуальные проблемы развития авиационной техники и методов ее эксплуатации», Иркутск, декабрь 2020 г.

2. V Международная НПК «Актуальные проблемы и перспективы развития радиотехнических и инфокоммуникационных систем», Москва, 2021 г.

3. VI Международная НПК «Актуальные проблемы и перспективы развития радиотехнических и инфокоммуникационных систем», Москва, 2022 г.

4. XI Международная НПК «Актуальные проблемы и перспективы развития гражданской авиации», Иркутск, октябрь 2022 г.

5. VII Международная НПК «Актуальные проблемы и перспективы развития радиотехнических и инфокоммуникационных систем», Москва, ноябрь 2023 г.

6. Международная межведомственная НТК «Космические технологии», Москва, октябрь 2023 г.

7. XII Международная НПК «Актуальные проблемы и перспективы развития гражданской авиации», Иркутск, октябрь 2023 г.

8. Национальная НПК «Фундаментальные, поисковые, прикладные исследования и инновационные проекты», Москва, декабрь 2023 г.

Публикации. Опубликовано 14 работ, из них 6 статей - в рецензируемых журналах из Перечня ВАК, 8 докладов в сборниках трудов российских и международных конференций с 2020 по 2024 гг.

Личный вклад соискателя. Все научные результаты получены автором лично. Автор активно участвовал в теоретических исследованиях и натурных испытаниях, самостоятельно провел расчеты и компьютерное моделирование, готовил материалы к публикации.

Структура и объем диссертации.

Диссертация объемом 162 страниц содержит введение, 5 разделов, заключение, список литературы из 78 наименований и 3 приложения. Рисунков в работе - 135, таблиц - 7.

В первом разделе обозначена роль спутниковых радиосистем в современных телекоммуникациях, проведен анализ спутниковых радиосистем, в которых используются и в перспективе будут использоваться сигналы с многопозиционной амплитудно-фазовой манипуляцией. Определены основные виды нефлуктуационных помех, часто встречающихся в каналах спутниковой связи, их спектральные особенности, влияние на спектр и созвездия сигналов АФМ. Проведен обзор литературных источников, посвященных анализу помехоустойчивости приема сигналов с многопозиционной амплитудно-фазовой манипуляцией.

Во втором разделе приведена методика определения вероятности ошибки с помощью методов статистической радиотехники при когерентном приеме сигналов АФМ. Проведен анализ влияния гармонической, фазоманипулированной, частотно-манипулированной, сканирующей помех на помехоустойчивость приема сигналов АФМ разной позиционности (16 и 32) и выполнена оценка энергетических потерь при их наличии в канале связи.

В третьем разделе исследовано влияние аппаратных погрешностей, возникающих при формировании опорных сигналов и сигналов тактовой синхронизации, и нелинейности приемо-передающего тракта на помехоустойчивость приема сигналов АФМ разной позиционности (16 и 32). Выявлены допустимые отклонения следующих параметров: временное отклонение импульсов тактовой синхронизации, фазовый сдвиг опорных сигналов (для приемников многоканального типа), амплитудный и фазовый разбаланс квадратурных каналов (для приемников квадратурного типа).

В четвертом разделе проведена оптимизация созвездий сигналов 16-АФМ и 32-АФМ в условиях воздействия нефлуктуационных помех. Предложен формат сигнала 16-АФМ с оптимизированным созвездием с точкой нулевой амплитуды.

Пятый раздел посвящен экспериментальным исследованиям. Проведено компьютерное моделирование канала связи с нефлуктуационными помехами и амплитудными искажениями, приведены результаты натурных испытаний демодулятора сигнала 16-АФМ при наличии гармонической помехи в области несущей частоты сигнала.

В заключении подведены итоги диссертационной работы, приведены результаты анализа помехоустойчивости приема сигналов АФМ при воздействии нефлуктуационных помех и при отклонении характеристик каскадов обработки сигнала от номинальных, оценивается эффективность оптимизированных созвездий, а также намечены направления дальнейших исследований.

В приложение вынесены листинги программ, описание и содержание вспомогательных программ для проведения компьютерного моделирования, акты об использовании результатов диссертационной работы.

1. ОБЗОР РАДИОСИСТЕМ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ СИГНАЛЫ С АМПЛИТУДНО-ФАЗОВОЙ МАНИПУЛЯЦИЕЙ. МОДЕЛИ СИГНАЛОВ И

ПОМЕХ

Раздел посвящен анализу спутниковых радиосистем, в которых используются сигналы с многопозиционной амплитудно-фазовой манипуляцией. Даны сведения о сигнале АФМ и типах помех, присутствующих в канале связи. Проведен обзор научных работ других авторов, посвященных помехоустойчивости приема сигналов АФМ.

1.1. Возможности систем спутниковой связи

Спутниковая связь играет важную роль в современных коммуникационных системах, предоставляя возможность передачи информации на большие расстояния через спутники, находящиеся в космическом пространстве. Эта технология обеспечивает глобальное покрытие и позволяет преодолеть многие ограничения, присущие наземным радио-, проводным и оптическим сетям.

К главным возможностям систем спутниковой связи относятся:

1. Покрытие на больших расстояниях. Спутники находятся на орбите Земли и позволяют обеспечить широкий охват, включая удаленные и труднодоступные районы, где другая связь может быть невозможна или экономически невыгодна.

2. Мобильность. Спутниковая связь обеспечивает подвижным объектам, таким как суда, самолеты и автомобили, возможность оставаться подключенными к сети во время перемещения. Это позволяет предоставлять широкий спектр услуг, таких как голосовая связь, передача данных, видеосвязь и интернет, даже на больших скоростях движения или в отдаленных местах.

3. Коммуникации в кризисных ситуациях. Спутниковая связь имеет важное значение в кризисных ситуациях, таких как природные бедствия или чрезвычайные ситуации, когда обычная инфраструктура связи может быть повреждена или выведена из строя. Спутники обеспечивают надежную резервную

связь для организаций и частных лиц, позволяя координировать действия в условиях чрезвычайных обстоятельств.

4. Телекоммуникации. Спутниковая связь является важной составляющей телекоммуникационной инфраструктуры. Она обеспечивает передачу телевизионных программ, радиовещание, интернет-соединение и другие услуги связи. Спутники также позволяют проводить международные телефонные звонки и обеспечивать доступ к сотовой связи в удаленных и сельских районах.

5. Научные исследования. Спутниковая связь играет важную роль в научных исследованиях, таких как астрономия, геодезия, метеорология и т.д. Спутники предоставляют данные и изображения, которые не могут быть получены другими средствами, и позволяют исследователям получать информацию о Земле и космосе.

Основными недостатками спутниковых систем текущего поколения являются достаточно высокие затраты на оборудование - цена в несколько раз выше, чес для других видов связи.

1.2. Системы цифрового спутникового телевидения

Цифровое телевидение в России и мире представляет собой важный сегмент медиаиндустрии, обеспечивая широкий доступ к разнообразным телевизионным каналам и развлекательным сервисам. В России начали разрабатывать цифровой формат телевещания в конце прошлого столетия. В настоящее время в мире распространены несколько стандартов цифрового телевидения [17]:

• В большинстве странах Европы (включая Россию) принято семейство стандарта DVB (Digital Video Broadcasting) как базовый формат.

• В Японии используют стандарт ISDB - Интегрированные Сервисы Цифровое Вещание.

• В США и многих странах Америки используют стандарт ATSC - Комитет по перспективным телевизионным системам (Advanced Television Systems Committee).

Цифровое телевидение семейства DVB в России основано на 5 стандартах трансляции [17]:

1. Антенно-кабельное телевидение (АКТВ) - стандарты DVB-T и T2;

2. Цифровое кабельное телевидение (ЦКТВ) - стандарты DVB-C и C2;

3. Цифровое спутниковое телевидение (ЦСТВ) - стандарты DVB-S, S2/S2X;

4. IPTV - технология передачи телевизионного контента с использованием интернет-протокола. Сигнал передается посредством закрытой сети провайдера;

5. Оператор ОТТ - технология OTT доставляет телевизионные услуги через открытую сеть интернет.

Диаграммы распределения абонентов цифрового телевидения в России в 2021 и 2022 гг. представлены на рис. 1.2.

2021

2022

■ Спутниковое ТВ

• АКТВ

ЦКТВ

20,1%

17,8%

20,1%

1РТУ

11,4%

10,9%

■ ОТТ операторов

Рис. 1.2. Распределение различных типов цифрового телевидения в России [18].

Цифровое спутниковое телевидение играет важную роль в информационно -телекоммуникационном сегменте России. Провайдеры спутникового телевидения, такие как «Триколор ТВ», «Ростелеком» (ТВ и радио), «НТВ-Плюс», «Континент ТВ», «Орион Экспресс» и другие, предоставляют разнообразные услуги и широкую зону покрытия, делая ЦСТВ доступным для разнообразных аудиторий по всей стране. В начале 2023 года была запущена компания «Русский мир» для обеспечения спутникового вещания на территории Донецкой, Луганской, Запорожской и Херсонской областей, Крыма и города Севастополя.

Спутники системы телевидения постоянно находятся на геостационарной орбите (35875 км) и всегда неподвижны относительно Земли. При штатной работе эти спутники сохраняют стационарное положение вокруг определенной позиции [19-21]. На орбите находится серия спутников «Экспресс» в составе группировки ФГУП «Космическая связь» (ГПКС): АМ5, АМ6, АМУ1 (Е^е^36В), Экспресс 80, Экспресс 103 [22] и спутники оператора «Газпром космические системы»: Ямал-401, Ямал-601[23]. Пример реализации связи со спутником АМУ1 показан на рис. 1.3.

Радиоволны с частотами выше 30МГц способны проходить через ионосферу и могут использовать для осуществления связи со спутниками. Но оптимальными для связи с геостационарными спутниками являются

сверхвысокие частоты диапазона 3-30 ГГц. Частоты выше 30 ГГц до сих пор не разработаны для коммерческого использования из-за ослабления сигнала.

Таблица 1.1. Диапазоны частот спутниковых систем связи [19-21].

Диапазон частот Рабочая частота (ГГц) Область применения

Ь 1-2 Спутниковая, наземная радиосвязь, мобильные телекоммуникации, подвижная связь

Б 2-4 Спутниковая связь, цифровое радио, мобильные телекоммуникации, радиолокация, подвижная связь

С 3,4-8 Спутниковое телевидение

Ки 10,7-18 Спутниковое телевидение, системы вещания

К 18-31,5 Спутниковая, военная связь, радиолокация, системы вещания

Ка 26,5-40 Спутниковая связь, радиолокация, межспутниковая связь

Стандарт DVB-S2 разработан для широкополосных приложений, таких как МРЕО-2/МРЕО-4 телевидение, интерактивные услуги и Интернет. Система работает при отношении сигнал/шум от 2,4дБ (при модуляции QPSK с кодовой скоростью 1/4) до 16 дБ (при модуляции 32-АФМ (англ. APSK) с кодовой скоростью 9/10) в условиях идеальной демодуляции и в канале с гауссовском шумом [24,26]. Из-за ограничений по мощности спутниковых передатчиков и высокой стоимости каскадов линейного усиления для передачи сигналов по спутниковым каналам в течение многих лет использовали только фазовую модуляцию (ФМ, англ. PSK), а именно, такие сигналы как 4-ФМ и 8-ФМ для передачи сигналов в нелинейных каналах. Режимы 16-АФМ и 32-АФМ были ориентированы на профессиональные приложения, которые обеспечиваются минимумом влияния нелинейности, хорошей энергией сигнала в хорошей погоде [1,24]. В 2012 году компания Newtec достигла скорости 2x253 Мбит/с при

двухсторонней передаче сигнала 32-АФМ 135/180 с коэффициентом ската (RollOff Factor) а = 0,05 в полосе 72 МГц через транспондер на спутнике Eutelsat W2A [1].

В таблице 1. 2 указано количество транспондеров с реализуемыми видами модуляции на российских спутниках.

Таблица 1.2. Геостационарные спутники и количество транспондеров на них

[22,23].

Спутники (год запуска) Позиция Частоты Количество транспондеров (вещание/данные)

4-ФМ (DVB-S) 4-ФМ (DVB-S2) 8-ФМ (DVB-S2) 16-АФМ (DVB-S2) 32-АФМ (DVB-S2) 16-АФМ (DVB-S2X)

Экспресс-АМ5(2013) 140°E C-band Ku-band Ka-band 6/3 - 24/0 0/2 0/2 -

Экспресс-АМ6(2014) 53.0°E Ku-band Ка-band 7/3 6/6 29/2 0/6 0/2 -

Ямал-401(2014) 90°E C-band Ku-band 14/3 4/9 31/3 0/8 0/6 0/2

Экспресс-АМУ1(2015) 36.0°E Ku-band Ка-band 46/2 9/15 85/15 1/7 0/15 -

Экспресс-80(2018) 80°E C-band Ku-band 2/2 9/3 1/0 0/1 * 0/1

Экспресс-103(2018) 96.5°E C-band Ku-band 2/3 3/7 3/3 1/7 0/11 *

Ямал-601(2019) 49.0°E C-band 5/0 3/0 23/2 0/1 * *

Экспресс-АМУ3(2021) 103°E C-band Ku-band * * 9/0 * 0/2 *

Экспресс-АМУ7(2021) 145°E C-band Ku-band * * 3/0 * * *

- отсутствует

* возможность применять в будущем.

Стандарт DVB-S2X (дальнейшее расширение стандарта DVB-S2) опубликован в 2014 году, он позволяет повысить эффективность использования спектра до 37% [27]. На практике был тестирован и демонстрирован в демоверсии на следующих спутниках: Yahsat - 310 Мбит/с через транспондер на 36 МГц в Ка-диапазоне; Intelsat - 485 Мбит/с через транспондер 128-АФМ на 72 МГц в Ки-диапазоне; Eutelsat - 377,5 Мбит/с, односторонняя передача 64-АФМ на 72 МГц [1].

На рис. 1.4 продемонстрирована эффективность использования спектра в стандартах DVB-S, DVB-S2 и DVB-S2X [1,24,27-28].

Повышение эффективности использования спектра в стандартах нового поколения обусловлено следующими факторами [1]:

- расширение возможностей фильтрации;

- упреждающая коррекция ошибок;

-внедрение новых виды модуляции высокого порядка 64,128,256-АФМ и улучшение соотношений между сигнальными созвездиями для линейных и нелинейных каналов;

- возможность поддержки различных сетевых конфигураций и внешней среды.

Современные технологии сжатия видеоданных такие как HEVC и H.265 обеспечивают реализацию телевидения сверхвысокой четкости (4К/8К TV) в одном канале с пропускной способностью 30-120 Мбит/с. Например, спутник с 24 транспондерами с полосой 36 МГц с использованием DVB-S2X может обеспечить пропускную способность приблизительно 10 Гбит/с, что вполне хватает на 300 каналов с разрешением 4К.

1.3. Применение сигналов АФМ в системах широкополосного доступа для

авиапассажиров

Современная эпоха характеризуется огромными объемами информации и большой потребностью постоянного подключения к своей внутренней корпоративной сети или получения доступа к интернету. Технологии доступа к интернету на борту самолета на основе спутников существенно эволюционировали в последние десятилетия.

Существует несколько методов и технологий, которые позволяют пассажирам подключаться к интернету во время полета: подключение «воздух-земля» (Air to Ground - ATG) и с помощью спутниковых систем.

Метод ATG используется для передачи данных и коммуникации между воздушными судами и земной станцией или наземными системами с помощью ближайшей вышки сотовой связи (3G, 4G станции). Подобная система активно

используется в США, например, компания Gogo использует сети Aircell со станциями технологии CDMA2000 (3G) и LTE (4G) и обеспечивает подключение самолетов к интернету со скоростью до 10 Мбит/с. В Китае и Европе также тестировали подобные системы [29].

Спутниковая связь с самолетами обеспечивает коммуникацию и передачу данных между воздушными судами и земными системами с использованием спутниковых ретрансляторов. До недавнего времени спутниковая связь в полете в основном обеспечивалась традиционными системами в L и Ku диапазонах и предоставлялась в течение отдельных сеансов в узкой полосе [30].

Основные подходы спутниковых систем настоящего поколения основаны на использование спутников Ku диапазона (Ku VSAT) и Ka диапазона (Ka VSAT). Служба Yonder оператора Viasat с помощью спутников Ku VSAT охватывает большую площадь над Атлантическими и Тихими океанами, Северной Америкой, Европой, Азиатско-Тихоокеанским бассейном и Ближним Востоком. Услугу «Exede in the Air» с использованием ряда спутников Ka диапазона операторов Imarsat, Intelsat, Viasat эксплуатируют авиационные службы в Северной Америке [1,31-33]. Максимальная скорость пакетов услуг Yonder в полете составляет 4 Мбит/с. Компания El Al Israel Airline оснащала свои самолеты Боинг-737 с использованием услуги «Exede in the Air» для обеспечения широкополосной спутниковой связи. Заявленная скорость составляет до 12 Мбит/с на каждого пассажира. По данным от Euroconsult, количество оснащенных коммерческих самолетов увеличилось с 1800 единиц (в 2015 г.) до 3000 единиц (в 2022 г.), при этом пропускная способность Ku диапазона возросла с 1,8 Гбит/с (в 2015 г.) до 11 Гбит/с (в 2022 г). Количество самолетов, оснащенных оборудованием для Ka спутника, увеличилось с 200 до 2700, при этом пропускная способность в 2022 году составила 20 Гбит/с.

Крупные авиакомпании оснащают свои самолеты небольшими антеннами слежения на Ku и Ka-диапазонах для широкополосного доступа в реальном времени. Спутники с высокой пропускной способностью (High-Throughput Satellite - HTS) Ka диапазона начинают использоваться для услуг связи с

самолетами благодаря применению узконаправленных сфокусированных лучей большой ширине спектра в Ка-диапазоне и меньшим размерам антенн и стоимости терминалов [34].

К^-спутники нового поколения благодаря внедрению стандарта DVB-S2X с применением модуляции 64-АФМ обеспечивают широкополосную связь со скоростью не менее 10 Мбит/с для каждого клиента и возможностью одновременно поддерживать до 2-3 миллионов абонентов.

1.4. Характеристики сигналов АФМ и модели помех

Математический модель сигнала многопозиционной амплитудно-фазовой манипуляции может быть представлена в следующем виде:

^) = АсрГ соъ^ + щ ), ? е (0, Т. ], I = 0,1,...М -1. (1.1)

где М- позиционность сигнала, Аср = ^2Я. / Т - средняя амплитуда сигнала,

Т. - длительность канального символа, г - отношение амплитуды текущей посылки к средней амплитуде, Е. = кЕь - средняя энергия канального символа, Еь -средняя битовая энергия, ®о - несущая частота, фг- - начальная фаза посылки, к =

Сигнальные созвездия АФМ представлены на рис. 1.5.

01011

м= 16 (4,12) м = 32 (4,12,16)

Рис. 1.5. Сигнальные созвездия АФМ.

Для формирования сигналов многопозиционной АФМ, как и многих других видов, используется квадратурный способ формирования (IQ-модуляция). При этом представление АФМ сигнала в квадратурных каналах имеет вид:

S (t) = С C0SHt + %) = Acp (I. cos ю0 - Q srn®0t), t e (0,7 ], i = 0,1,... M -1, (1.2)

где I, = Г cos%, Qi = r sin; A = Acpri = Acp.j1! + Q1l, (Pi = arctgQ. Упрощенная схема IQ-модулятора представлена на рис. 1.6.

Спектр сигнала АФМ показан на рис. 1.7. Для предотвращения межсимвольной интерференции в большинстве случаев используют низкочастотный фильтр Найквиста с характеристиками скатов в виде приподнятого косинуса (1.3). На рис. 1.8 показан спектр фильтрованного сигнала с символьной частотой /симвш = 1/ ^ - символьная скорость, Бод).

Математическое описание амплитудной характеристики фильтра в частотной области описывается формулой [29]:

K (f) =

1 + cos

1

^fTS Л(1 - r )

при

f <

1 - r 2T

2r

1 - r _ 1 + r при -< f <

2T

2T

(1.3)

0

при

f >

1 + r

2T

где r - коэффициент расширения полосы или коэффициент ската (Rolloff Factor).

В стандарте DVB-S2 применяют фильтр с коэффициентом ската равным 0,2, 0,25 или 0,3.

Af—fz иывол -»

/

/

V А

N

спектр сигнала, фильтрованного по Найквисту

спектр нефильтрованного сигнала

/0-2/символ fo-fzимбол ; ^ \ /¿"Ь/стшол /0+2/снывол /

Рис. 1.8. Спектр сигнала амплитудно-фазовой манипуляции до и после

фильтрации [29].

Для приема сигналов с амплитудно-фазовой манипуляцией можно использовать многоканальный когерентный демодулятор с принятием решения по максимуму правдоподобия (рис. 1.9) или квадратурный демодулятор (рис. 1.10)

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Данг Суан Ханг, 2024 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Minoli D. Innovations in satellite communications and satellite technology the industry implications of DVB-S2X, high throughput satellites, Ultra HD, M2M, and IP. - New York: John Wiley & Sons Ltd, 2015. - 441 p.

2. Бернард Скляр. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е, испр.: Пер. с англ. - М.: Издательский дом Вильямс, 2003. -1104 с.

3. Прокис Дж. Цифровая связь. Пер. с англ. / Под ред. Д.Д. Кловского. - М.: Радио и связь. 2000. - 800 с.

4. Fuqin Xiong. Digital modulation techniques. Second edition. Artech House Telecommunications Library. Artech House. 2006. - 1039 p.

5. Савватеев Ю.И., Назарова О.В. Помехозащищенность приема дискретных сигналов. / Под ред. Ю.И. Савватеева - М: Радиотехника, 2015. -584 с.

6. Мартиросов В.Е. Гуськов А.П., Белов Г.Ю., Березин С.В. Устройство приема сигналов с амплитудно-фазовой манипуляцией / Номер свидетельства: SU 1356247 A1. Патентное ведомство: СССР, 1987.

7. В. Е. Мартиросов. Оптимальный прием дискретных сигналов ЦСПИ / -Москва: Радиотехника, 2010. - 207 с. ISBN 978-5-88070-266-4.

8. Довбня В.Г., Коптев Д.С., Бабанин И.Г. Оценка потенциальной помехоустойчивости приёма цифровых сигналов, используемых в современных и перспективных системах радиорелейной и спутниковой связи // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. 2020. Т.10. №1. С. 21-35.

9. Дегтярев C.C., Носов В.И. Исследование влияния амплитудной конверсии на помехоустойчивость приема сигналов с модуляцией М-APSK // Телекоммуникации. 2017. № 4. С. 6-15.

10. Елкин П.Е., Носов В.И. Исследование влияния амплитудно-фазовой конверсии на помехоустойчивость приёма сигналов с модуляцией M-APSK // В сб. тр. Российской НТК «Современные проблемы телекоммуникаций». 2017. С. 279-286.

11. Дегтярев С.С., Носов В.И. Исследование влияния амплитудно-фазовой конверсии на помехоустойчивость приёма сигналов с модуляцией M-APSK // В сборнике: Труды XIII Международной НТК «Актуальные проблемы электронного приборостроения». 2016. Т.7. С. 33-39.

12. Дегтярев С.С., Носов В.И. Исследование влияния амплитудно-фазовой конверсии на помехоустойчивость приёма сигналов с модуляцией M-APSK // Вестник СибГУТИ. 2017. № 2. С. 3-16.

13. Носов В.И., Дегтярев С.С. Анализ помехоустойчивости спутниковой линии связи с модуляцией M-APSK при учете нелинейных искажений // Современная наука: Актуальные проблемы теории и практики. Серия: Естественные и технические науки. 2017. № 6. С. 14-22.

14. Носов В.И., Дегтярев С.С. Исследование влияния нелинейности усилителя мощности ретранслятора на помехоустойчивость спутниковых систем связи / Новосибирск: Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики, 2019. - 170 с.

15. Савищенко Н.В., Африкантов И.Н., Капралов Д.Д., Кириллов В.С., Остроумов О.А. Расчет вероятности битовой и символьной ошибок для канала связи при приеме сигнальных конструкций стандарта DVB-S2 // Информация и космос. 2015. № 1. С. 9-15.

16. Паршуткин А.В., Маслаков П.А. Помехоустойчивость каналов связи с амплитудно-фазовой модуляцией к воздействию непреднамеренных нестационарных помех // Вопросы оборонной техники. Серия 16: Технические средства противодействия терроризму. 2019. № 11-12 (137-138). С. 96-101.

17. Стандарты цифрового телевидения: DVB-T, DVB-T2, DVB-C, DVB-C2, DVB-S, DVB-S2. URL: https://prodigtv.ru/efirnoe/technonlogiya/standarty-tsifrovogo-televideniya (дата обращения 23.10.2023).

18. Рынок платного телевидения России. Итоги 2022 года. URL: https://json.tv (дата обращения 23.10.2023).

19. Карякин В.Л. Цифровое телевидение: учебное пособие для вузов. - М. Солон-Пресс, 2013. - 448 с.

20. Н.П. Никитин, В.И. Лузин, В.И. Гадзиковский, Ю.В. Марков. Телевизионные цифровые системы: учебное пособие. Екатеринбург: Изд-во Уральского ун-та, 2016. - 108 с. ISBN 978-5-7996-1615-1.

21. Маглицкий Б.Н., Сергеева А.С., Синявская А.С. Принципы построения спутникового телевидения. Теория и практика: учебное пособие. -Новосибирск, СибГУТИ, 2016. - 95 с.

22. Официальный сайт ФГУП «Космическая связь». URL https://www.rscc.ru (дата обращения 23.10.2023).

23. Официальный сайт «Газпром космические системы». URL https://www.gazprom-spacesystems.ru/ru. (дата обращения 23.10.2023).

24. ETSI EN 302 307-1 V1.4.1 (2014-11) Digital Video Broadcasting (DVB); Second generation framing structure, channel coding and modulation systems for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and other broadband satellite applications; Part 1: DVB-S2.

25. Широкополосный доступ в Ка-диапазоне с использованием спутника EUTELSAT 36C (Экспресс-АМУ1), URL: https://www.starlinkos.net/upload/ iblock/2e7/2e79b645cdb9aec22d2a4846eebea790.pdf (дата обращения 23.10.2023).

26. Быховский М.А Анализ международного стандарта DVB-S2, определяющего параметры современных систем спутниковой связи // Цифровая обработка сигналов. №1.2020. С. 18-25.

27. ETSI EN 302 307-2 V1.3.1 (2021-07) Digital Video Broadcasting (DVB); Part 2: DVB-S2 Extensions (DVB-S2X).

28. Бывшев М. Е. и др. Оптимальный прием сигналов на фоне помех и шумов /под ред. Ю. И. Савватеева. - М.: Радиотехника. 2011. - 423 с.

29. Сомов А. М., Корнев С. Ф. Спутниковые системы связи: Учебное пособие для вузов / Под ред. А. М. Сомова. -M.: Горячая линия - Телеком, 2012. -244 с.

30. Спутниковая связь в движении, URL: https://altegrosky.ru/media/satellite-industry-outlook/communication-on-the-move (дата обращения 23.10.2023).

31. Официальный сайт компании Inmarsat, PLC, URL: http://www.inmarsat.com (дата обращения: 12.12.2023).

32. Официальный сайт компании Intelsat, URL:http://www.intelsat.com (дата обращения: 12.12.2023).

33. Официальный сай-т компании Eutelsat, URL: http://www.eutelsat.com (дата обращения: 12.12.2023).

34. High Throughput Satellite Networks. - Hong Kong: White Paper, CAS-BAA Executive Office. June 2012. - 16 p.

35. Куликов Г.В., Тамбовский С.С., Савватеев Ю.И., Стариковский А.И. О помехоустойчивости приема сигналов с минимальной частотной манипуляцией в присутствии нефлуктуационных помех // Радиотехника и электроника. 2019. Т. 64. №2. С. 168-174.

36. Куликов Г.В. Методы помехоустойчивого приема модулированных сигналов с непрерывной фазой в каналах связи с нефлуктуационными помехами: дис. ... докт. тех. наук: 05.12.04 / Куликов Геннадий Валентинович; МИРЭА. - М., 2003. - 356 с.

37. Выболдин Ю.К. Помехоустойчивость приема многопозиционных АФМ сигналов в каналах связи с замираниями // В сб. докладов «Научная сессия ГУАП». 2018. С. 32-37.

38. Мендельсон М.А., Егоров В.А., Копылов Д.А. Оценка помехоустойчивости АФМ сигналов при передаче дробного числа бит на символ // В сб. XXXII Международной НПК «Фундаментальные и прикладные науки сегодня». Bengaluru, 2023. С. 69-75.

39. Довбня В.Г., Коптев Д.С., Бабанин И.Г. Оценка потенциальной помехоустойчивости приёма -цифровых сигналов, используемых в современных и перспективных системах радиорелейной и спутниковой связи // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. 2020. Т. 10. № 1. С. 21-35.

40. Матюхин М.А., Солдатов Е.В., Замуруев С.Н. Влияние нелинейности приемного тракта на качество связи в спутниковом канале системы

широкополосного доступа // В сб. трудов VI МНПК «Актуальные проблемы и перспективы развития радиотехнических и инфокоммуникационных систем». Москва, 2022. С. 53-57.

41. Чигрин Д.Н., Усманов Р.Р., Куликов Г.В., Суровцева И.В., Лелюх А.А. Сравнительный анализ помехоустойчивости приема сигналов с многопозиционными видами манипуляции в присутствии гармонической помехи // В сб. трудов VI МНПК «Актуальные проблемы и перспективы развития радиотехнических и инфокоммуникационных систем». 2019. С. 45-54.

42. Горобцов И.А., Кирик Д.И. Оценка помехоустойчивости приёма сигналов с амплитудно-фазовой модуляцией // В сб. трудов VIII Международной НПК «Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании». 2019. С. 111-116.

43. Елкин П.Е. Определение оптимального режима работы усилителя при передаче сигналов 16-APSK в нелинейном канале с АФК // В сб. трудов Российской НТК «Современные проблемы телекоммуникаций». 2017. С. 287-290.

44. Струков А.П. Метод аналитического расчета вероятности символьной и битовой ошибок сигнала с амплитудно-фазовой манипуляцией в нелинейном канале // Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы. 2017. Т. 4. Вып. 4. С. 83-88.

45. Куликов Г.В., Усманов Р.Р., Трофимов Д.С. Анализ помехоустойчивости приема сигналов с многопозиционной амплитудно-фазовой манипуляцией в присутствии гармонической помехи. // Наукоемкие технологии 2020. №1. С. 2229. DOI: 10.18127/j19998465-202001-04.

46. Keqian Yan, Kewu Peng, Fang Yang and Jian Song. Non-uniform APSK optimization for BICM systems // Tsinghua Science and Technology. Vol. 20, No. 2. pp. 175-181, April 2015. doi: 10.1109/TST.2015.7085630.

47. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. - 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Радио и связь, 1982. - 624 с.

48. Тузов Г.И. и др. Помехозащищенность радиосистем со сложными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985. - 264 с.

49. Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. Изд. 2-е, переработанное, дополненное. - М: Сов. радио, 1970. - 728 с.

50. Куликов Г.В., Лелюх А.А., Граченко Е.Н. Помехоустойчивость когерентного приемника сигналов с квадратурной амплитудной манипуляцией при наличии ретранслированной помехи // Радиотехника и электроника. 2020. Т.65. № 8. C. 804-808. DOI: 10.31857/S0033849420070074.

51. Куликов Г.В., Лелюх А.А., Баталов Е.В., Кузеленков П.И. Помехоустойчивость приема сигналов с квадратурной амплитудной манипуляцией в присутствии фазоманипулированной помехи // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2019. № 7. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/jul19/10/text.pdf DOI 10.30898/1684-1719.2019.7.10

52. Куликов Г.В., Лелюх А.А. Анализ помехоустойчивости приема сигналов с квадратурной амплитудной манипуляцией при воздействии сканирующей помехи // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2019. № 2. Режим доступа: http: //j re.cpl ire.ru/j re/feb 19/5/text .pdf.

53. Куликов Г.В., Нестеров А.В., Лелюх А.А. Помехоустойчивость приема сигналов с квадратурной амплитудной манипуляцией в присутствии гармонической помехи // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2018. № 11. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/nov18/9/text.pdf. DOI 10.30898/16841719.2018.11.9.

54. Вечтомов В.А., Джиган В.И. Исследование характеристик алгоритмов пространственной фильтрации активных помех на основе адаптивных антенных решеток / Учебно-методическое пособие: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 2022. - 88 с.

55. Вейнбендер М. Д., Данг Суан Ханг, Куликов Г.В. Влияние нефлуктуационных помех в авиационных системах связи, использующих сигналы с многопозиционной амплитудно-фазовой манипуляцией // В сб. трудов XIII Всероссийской НПК «Актуальные проблемы развития авиационной техники и методов ее эксплуатации -2020». Иркутск, 2021. Т.1. С.125-130.

56. Куликов Г.В., Данг С.Х. Влияние фазоманипулированной помехи на качество приема сигналов с амплитудно-фазовой манипуляцией. // В сб. трудов V Международной НПК «Актуальные проблемы и перспективы развития радиотехнических и инфокоммуникационных систем». Москва, 2021. С. 211-213.

57. Куликов Г. В., Данг С.Х. Помехоустойчивость приема сигналов с амплитудно-фазовой манипуляцией в присутствии фазоманипулированной помехи // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2021. №11. Режим доступа: http : //j re.cplire.ru/j re/nov21 /7/text.pdf

58. Куликов Г.В., Данг С.Х., Стариковский А.И. Помехоустойчивость приема сигналов с амплитудно-фазовой манипуляцией на фоне частотно-манипулированной помехи // Вопросы радиоэлектроники. Серия: техника телевидения. 2022. № 4. С. 44-51.

59. Куликов Г.В., Данг С.Х. Помехоустойчивость приема сигналов с амплитудно-фазовой манипуляцией в двухлучевом канале связи // Вопросы радиоэлектроники. Серия: техника телевидения. 2022. №2. С. 43-49.

60. Куликов Г.В., Данг С.Х., Зунг Н.В. Помехоустойчивость приема сигналов с амплитудно-фазовой манипуляцией на фоне сканирующей помехи // Вопросы радиоэлектроники. Серия: техника телевидения. 2022. №3. C.118-124.

61. Куликов Г.В., Данг С.Х. Влияние нефлуктуационных помех на помехоустойчивость приема сигналов с амплитудно-фазовой манипуляцией // В сб. трудов VI Международной НПК «Радиоинфоком-2022». Москва, 2022. С. 209211.

62. Куликов Г.В., Данг С.Х. Помехоустойчивость приема сигналов с многопозиционной амплитудно-фазовой манипуляцией в системах цифрового спутникового телевидения // В сб. трудов Национальной НПК «Фундаментальные, поисковые, прикладные исследования и инновационные проекты», Москва, декабрь 2023 г. С. 307-313.

63. Куликов Г.В., Лелюх А.А., Баталов Е.В. Влияние погрешностей фазовой и тактовой синхронизации на помехоустойчивость когерентного приема сигналов

с квадратурной амплитудной модуляцией // Российский технологический журнал. 2021;9(2): С. 35-43.

64. Куликов Г.В., Лелюх А.А. Влияние амплитудного и фазового разбаланса квадратур на помехоустойчивость когерентного приема сигналов с квадратурной амплитудной модуляцией // Российский технологический журнал. 2021;9(1): C. 29-37.

65. S. Wang and Y. Ma. Research on Timing Synchronization Algorithm of Higher-Order 64-APSK Signals Based on DVB-S2X Standard // 2017 International Conference on Computer Technology, Electronics and Communication (ICCTEC), Dalian. China, 2017. pp. 513-517. doi: 10.1109/ICCTEC.2017.00117.

66. Носов В.И. Радиорелейные линии синхронной цифровой иерархии. Многоуровневый кодек, модем и эквалайзеры: учеб. пособие / В.И. Носов. -Новосибирск: СибГУТИ, 2003.

67. Помехоустойчивость приема дискретных сигналов с многопозиционной фазовой манипуляцией при наличии нефлуктуационных помех дис. ... канд. тех. наук: 05.12.04 / Нгуен Ван Зунг; МИРЭА. - М., 2021. - 179 с.

68. Повышение помехоустойчивости приема сигналов с квадратурной амплитудной модуляцией в системах широкополосного доступа для мобильных абонентов. дис. ...- канд. тех. наук: 2.2.13 / Лелюх Андрей Александрович; МИРЭА. - М., 2022. - 168 с.

69. Кожурякин Д.А., Львов А.В., Прасолов В.А., Рыженков В.А. Устранение нелинейности высокочастотного тракта путем ввода предыскажений в полезный сигнал. // Reds: Телекоммуникационные устройства и системы. 2018. Т.8. № 1. С. 94-96.

70. Куликов Г.В., Данг С.Х., Куликов А.Г. Влияние погрешностей системы синхронизации на помехоустойчивость приема сигналов с амплитудно-фазовой манипуляцией. // Russian Technological Journal. 2023. Т. 11. № 3. С. 30-37.

71. Куликов Г.В., Данг С.Х., Лелюх А.А., Матюхин М.А. Влияние помех и аппаратных погрешностей на качество передачи информации в перспективной системе широкополосного доступа для авиапассажиров. // В сб. трудов XI

Международной НПК «Актуальные проблемы и перспективы развития гражданской авиации научно-практической конференции». Иркутск, 2022. С. 5156.

72. Куликов Г.В., Данг С.Х. Влияние разбаланса квадратурного преобразования на помехоустойчивость приема сигналов с амплитудно-фазовой манипуляцией // Russian Technological Journal. 2024. Т. 12. № 1. С. 59-68.

73. Barsoum, M. F. Jones, C. and Fitz, M. Constellation design via capacity maximization // Proc. IEEE ISIT. 2007. pp. 1821-1825.

74. Agrell E. and Alvarado, A. Optimal alphabets and binary labelings for BICM at low SNR // IEEE Trans. Inform. Theory, 2011 Vol. 57. No. 10. pp. 6650-6672.

75. Kayhan F. and Montorsi, G. Joint signal-labeling optimization for pragmatic capacity under peak-power constraint // Proc. Globecom. 2010, pp.1-5.

76. Куликов Г.В., Данг С.Х. Оптимизация форматов созвездий для сигналов многопозиционной амплитудно-фазовой манипуляции. // В сб. трудов VII Международной НПК «Актуальные проблемы и перспективы развития радиотехнических и инфокоммуникационных систем». Москва, 2023. С. 113-116.

77. Куликов Г.В., Данг С.Х. Оптимизация форматов сигналов для перспективной системы широкополосного доступа гражданской авиации. // В сб. трудов XII Международной НПК «Актуальные проблемы и перспективы развития гражданской авиации». Иркутск, 2023. Т.2. С. 62-67.

78. Быков В.В. Цифровое моделирование в статистической радиотехнике. Изд-во Советское радио, 1971 , - 328 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Листинг программы моделирования аппаратных погрешностей квадратурного модулятора и демодулятора сигналов АФМ

1 Clear;

2 % Подготовка входных параметров

3 A0 = 1;

4 s=100000;

5 N=4*s;

6 fc = 50;

7 Rs = 1;

8 fd = 10*fc;

9 td = 1/fd;

10 M = fd/Rs;

11 ap=0.72;

12 an=1;

13 ce=0;

14 porog=100;

15 loop=0;

16 amp=[ 1 1.1 1.5];

17 phase=0;

18 EbN0=5:16 ;

19 % Подготовка эталонных параметров демодуляции

20 for n = 1 : 4

21 Rcon(n) = 1/sqrt(5.72);

22 Fcon(n) = (2*n-1)*pi/4;

23 end

24 for n = 5 : 16

25 Rcon(n) = 2.7/sqrt(5.72);

26 Fcon(n) = (2*n-9)*pi/12;

27 end

28 Rcon = repmat(Rcon, M, 1);

29 Fcon = repmat(Fcon, M, 1);

30 Rcon = Rcon(:)';

31 Fcon = Fcon(:)';

32 t1 = 0 : td : (16*M-1)*td;

33 E = Rcon.* cos(2*pi*fc*t1+Fcon);

34 % Подготовка параметров квадратурных каналов

35 Scos = cos(2*pi*fc*t1);

36 Ssin = -sin(2*pi*fc*t1);

37 Em = reshape(E,M,16)';

38 Scosm = reshape(Scos,M, 16)';

39 Ssinm = reshape(Ssin,M, 16)';

40 I = zeros(1,16);

41 Q = zeros(1,16);

42

43 for n = 1 : 16

44 for ii = 1 : M

45 I(n) = I(n) + Em(n,ii).*Scosm(n,ii);

46 Q(n) = Q(n) + Em(n,ii).*Ssinm(n,ii);

47 end

48 end

49

50 for sn=1:length(EbN0)

51 for id_a= 1:length(amp)

52 ctr1 = 0; % счетчик ошибок

53 lo=0; % счетчик цикл повторения

54 EsN=EbN0(sn) +10*log10(4);

55 while 1

56 if ctr1>porog

57 break;

58 end

59 rng('shuffle');

60

61 b = randi([0 1], N, 1);

62 for n = 1 : length(b)/4

63 if b(4*n-3) == 1 && b(4*n-2) == 1 && b(4*n-1) == 0 && b(4*n) == 0

64 R(n) = 1/sqrt(5.72);

65 F(n) = 1*pi/4;

66 ce='1100';

67 elseif b(4*n-3) == 1 && b(4*n-2) == 1 && b(4*n-1) == 1 && b(4*n) == 0

68 R(n) = 1/sqrt(5.72);

69 F(n) = 3*pi/4;

70 ce='1110';

71 elseif b(4*n-3) == 1 && b(4*n-2) == 1 && b(4*n-1) == 1 && b(4*n) == 1

72 R(n) = 1/sqrt(5.72);

73 F(n) = 5*pi/4;

74 ce= '1111';

75 elseif b(4*n-3) == 1 && b(4*n-2) == 1 && b(4*n-1) == 0 && b(4*n) == 1

76 R(n) = 1/sqrt(5.72);

77 F(n) = 7*pi/4;

78 ce= '1101' ;

79 elseif b(4*n-3) == 0 && b(4*n-2) == 1 && b(4*n-1) == 0 && b(4*n) == 0

80 R(n) = 2.7/sqrt(5.72);

81 F(n) = 1*pi/12;

82 ce= ' 0100 ' ;

83 elseif b(4*n-3) == 0 && b(4*n-2) == 0 && b(4*n-1) == 0 && b(4*n) == 0

84 R(n) = 2.7/sqrt(5.72);

85 F(n) = 3*pi/12;

86 ce= ' 0000 ' ;

87 elseif b(4*n-3) == 1 && b(4*n-2) == 0 && b(4*n-1) == 0 && b(4*n) == 0

88 R(n) = 2.7/sqrt(5.72);

89 F(n) = 5*pi/12;

90 ce= '1000' ;

91

92

93

94

95

96

97

98

99

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

elseif b(4*n-3) == 1 && b(4*n-2) == 0 && b(4*n-1) == 1 && b(4*n) == 0 R(n) = 2.7/sqrt(5.72); F(n) = 7*pi/12; ce= ' 1010 ' ;

elseif b(4*n-3) == 0 && b(4*n-2) == 0 && b(4*n-1) == 1 && b(4*n) == 0 R(n) = 2.7/sqrt(5.72); F(n) = 9*pi/12; ce= ' 0010' ;

elseif b(4*n-3) == 0 && b(4*n-2) == 1 && b(4*n-1) == 1 && b(4*n) == 0 R(n) = 2.7/sqrt(5.72); F(n) = 11*pi/12; ce= '0110' ;

elseif b(4*n-3) == 0 && b(4*n-2) == 1 && b(4*n-1) == 1 && b(4*n) == 1 R(n) = 2.7/sqrt(5.72); F(n) = 13*pi/12; ce= '0111 ' ;

elseif b(4*n-3) == 0 && b(4*n-2) == 0 && b(4*n-1) == 1 && b(4*n) == 1 R(n) = 2.7/sqrt(5.72); F(n) = 15*pi/12; ce= ' 0011 ' ;

elseif b(4*n-3) == 1 && b(4*n-2) == 0 && b(4*n-1) == 1 && b(4*n) == 1 R(n) = 2.7/sqrt(5.72); F(n) = 17*pi/12; ce= ' 1011 ' ;

elseif b(4*n-3) == 1 && b(4*n-2) == 0 && b(4*n-1) == 0 && b(4*n) == 1 R(n) = 2.7/sqrt(5.72); F(n) = 19*pi/12; ce= ' 1001 ' ;

elseif b(4*n-3) == 0 && b(4*n-2) == 0 && b(4*n-1) == 0 && b(4*n) == 1 R(n) = 2.7/sqrt(5.72); F(n) = 21*pi/12; ce= '0001 ' ;

elseif b(4*n-3) == 0 && b(4*n-2) == 1 && b(4*n-1) == 0 && b(4*n) == 1 R(n) = 2.7/sqrt(5.72); F(n) = 23*pi/12; ce= ' 0101 ' ; end end

Rb = repmat(R, M, 1); Fb = repmat(F, M, 1); Rc = Rb(:)'; Fc = Fb(:)';

t = 0 : td : (s*M-1)*td;

E_b = Rc.* cos(2*pi*fc*t+Fc);

sigma = (A0/2) .* sqrt(fd/(Rs*10 .A (EsN/10))); rng('shuffle');

noise = sigma .* randn(1,length(t));

139

140

141

142

143

144

145

146

147

148

149

150

151

152

153

154

155

156

157

158

159

160

161

162

163

164

165

166

167

168

169

170

171

172

173

174

175

176

177

178

179

180

181

182

183

184

185

186

S_D=E_b+noise; % сигнал со шумом

% формирование амплитудной нелинейности

S_Dmod=abs(S_D);

for ii = 1 : length(S_D)

if S_D(ii) >0 %проверка условия для задания if S_D(ii)>ap Sp(ii)=ap+an.*(S_D(ii)-ap); else Sp(ii)=S_D(ii); end else

if S_Dmod(ii)>ap Sp(ii)=-ap-an.*(S_Dmod(ii)-ap); else Sp(ii)=S_D(ii); end end end

% Демодуляция с учетом амплитудного и фазового разбаланса Sc = cos(2*pi*fc*t); Ss = -amp(id_a)*sin(2*pi*fc*t+phase); Spm = reshape(Sp,M,N/4)'; Scm = reshape(Sc,M,N/4)'; Ssm = reshape(Ss,M,N/4)'; Sc2M = zeros(1,N/4); Ss3M = zeros(1,N/4); e = zeros(1,N);

% Вычисление значений на выходе корреляторов квадратурных каналов for n = 1 : N/4 for ii = 1 : M

Sc2M(n) = Sc2M(n) + Spm(n,ii).*Scm(n,ii); Ss3M(n) = Ss3M(n) + Spm(n,ii).*Ssm(n,ii); end

for j=1:16

dist(j)=sqrt((Sc2M(n)-I(j))A2+(Ss3M(n)-Q(j) )Л2); end

minDist=min(dist); [value, index(n)] = min(dist);

switch index(n) %распределение точек (созвездие) case 1

e(4*n-3) = 1; e(4*n-2) = 1; e(4*n-1) = 0; e(4*n) = 0; case 2

e(4*n-3) = 1; e(4*n-2) = 1; e(4*n-1) = 1; e(4*n) = 0;

1S7

1SS

1S9

190

191

192

193

194

195

19б

197

19S

199

200

201

202

203

204

205

20б

207

20S

209

210

211

212

213

214

215

21б

217

21S

219

220

221

222

223

224

225

22б

227

22S

229

230

231

232

233

234

case 3

e(4*n-3) = 1; e(4*n-2) = 1; e(4*n-l) = 1; e(4*n) = 1; case 4

e(4*n-3) = 1; e(4*n-2) = 1; e(4*n-l) = 0; e(4*n) = 1; case 5

e(4*n-3) = 0; e(4*n-2) = 1; e(4*n-l) = 0; e(4*n) = 0; case б

e(4*n-3) = 0; e(4*n-2) = 0; e(4*n-l) = 0; e(4*n) = 0; case 7

e(4*n-3) = 1; e(4*n-2) = 0; e(4*n-l) = 0; e(4*n) = 0; case S

e(4*n-3) = 1; e(4*n-2) = 0; e(4*n-l) = 1; e(4*n) = 0; case 9

e(4*n-3) = 0; e(4*n-2) = 0; e(4*n-l) = 1; e(4*n) = 0; case 10 e(4*n-3) = 0; e(4*n-2) = 1; e(4*n-l) = 1; e(4*n) = 0; case 11 e(4*n-3) = 0; e(4*n-2) = 1; e(4*n-l) = 1; e(4*n) = 1; case 12 e(4*n-3) = 0; e(4*n-2) = 0;

235 e(4*n-1) = 1;

236 e(4*n) = 1;

237 case 13

238 e(4*n-3) = 1;

239 e(4*n-2) = 0;

240 e(4*n-1) = 1;

241 e(4*n) = 1;

242 case 14

243 e(4*n-3) = 1;

244 e(4*n-2) = 0;

245 e(4*n-1) = 0;

246 e(4*n) = 1;

247 case 15

248 e(4*n-3) = 0;

249 e(4*n-2) = 0;

250 e(4*n-1) = 0;

251 e(4*n) = 1;

252 case 16

253 e(4*n-3) = 0;

254 e(4*n-2) = 1;

255 e(4*n-1) = 0;

256 e(4*n) = 1;

257 end

258 end

259 % Вычисление ошибки

260 for i = 1 : N

261 if b(i) - e(i) ~= 0

262 ctr1 = ctr1 + 1;

263 end

264 end

265 lo=lo+1;

266 end

267 loop(sn, id_a)=lo;

268 count(sn, id_a)=ctr1;

269 error_bit = ctr1/(lo*N);

270 Peb(sn, id_a)=error_bit;

271 end

272 end

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Дополнительные компоненты модели каналов передачи сигналов 16-АФМ с

нефлуктуационными помехами в Simulink

Б.1. Порядок создания и добавления в модели блока Mapper и Demapper в Simulink.

1. Из библиотеки Simulink используем блок "MATLAB System" в модели.

Sh stern MATLAB System

2. В пункте настройки "System object name" выбираем "IQ_Modulator" или "IQ_Demodulator"