Исследование помехоустойчивости передачи цифровых сигналов по стволам аналоговых радиорелейных линий

 

Изменение расположения сигнальной точки из-за АФК приведет к заведомому уменьшению расстояния ошибок d, которое для М-позиционной модуляции предлагается учитывать согласно выражению

                           .                                                 (14)

При приеме реального сигнала М-ФМ, необходимо учесть все возможные варианты смены фаз, характерные для каждого конкретного вида манипуляции и вероятность появления каждого такого события.

Таким образом, для определения вероятности ошибочного приема сигналов М-ФМ, при условии модуляции сигнала несущей частоты псевдослучайным цифровым сигналом необходимо учесть следующие факторы:

1. воздействие шумов интервала РРЛ, которые подчиняются нормальному закону распределения;
2. наличие различных паразитных фазовых сдвигов, плотность распределения которых определяется в соответствии с таблицей 1;
3. вероятность появления конкретной величины фазового сдвига при фазовой модуляции. В данной работе рассматриваются методы 4-ОФМ, 4-ОФМ со сдвигом, 8-ОФМ.

Окончательное выражение для определения вероятность ошибочного приема сигналов М-ФМ, прошедших тракт радиорелейной линии с АФК имеет вид

,

где    .                                               (15)

В соответствии с (15) построены графики зависимостей вероятности ошибки от отношения сигнал/шум (рисунок 3).

Полученные зависимости позволяют сделать следующие выводы:

1. применение 4-ОФМ требует обеспечения на выходе радиорелейной линии отношения сигнал/шум не менее 16,3 дБ (для обеспечения вероятности ошибки 10-3), а использование 4-ОФМ-С позволяет снизить эту величину до 14,4 дБ. Это связано с тем, что в сигнале 4-ОФМ-С исключены варианты смены фазы на 180º;
2. использование 8-ОФМ с заданным качеством невозможно, так как паразитный фазовый сдвиг уже выводит сигнальную точку на фазоамплитудной плоскости за пределы области принятия правильных решений. Причем возникновение несократимой ошибки делает невозможным связь даже при большом отношении сигнал/шум.

 

Рисунок 3 – Вероятность ошибочного приема сигналов М-ФМ, прошедших тракт РРЛ с АФК

 

Далее, используя полученные зависимости, можно определить эквивалентный  проигрыш в отношении сигнал/шум из-за влияния АФК на интервале как разницу между теоретическими кривыми вероятности ошибки для заданного вида модуляции и кривыми, полученными с учетом АФК по предложенной методике. Так, из рисунка 3 следует, что из-за АФК отношение сигнал/шум на интервале РРЛ ухудшается на 7,9 дБ в случае 4-ОФМ и на 6,48 дБ в случае 4-ОФМ со сдвигом.

Таким образом, зная эквивалентное ухудшение качества связи на каждом интервале, можно определить максимальное количество переприемов сигнала без регенерации (или число интервалов РРЛ), при котором будет обеспечиваться связь с вероятностью ошибки менее чем 10-3

      ,                                   (16)

где - результирующее отношение сигнал/шум на выходе участка РРЛ из N интервалов,

        - допустимое отношение сигнал/шум, при котором обеспечивается заданная вероятность ошибки,

        - ухудшение отношения сигнал/шум из-за АФК.

Возможная дальность связи с применение аналоговых РРЛ не превышает трех интервалов в случае модуляции 4-ОФМ (при обеспечении отношения сигнал/шум не менее 45 дБ).

Использование 4-ОФМ-С, исключающей в составе своего сигнала скачки фазы на 180 градусов, позволяет организовать связь на участке резервирования без регенерации сигнала на промежуточных станциях, причем число интервалов может достигать четырех (при обеспечении отношения сигнал/шум не менее 45 дБ).

Для уменьшения влияния АФК используется метод Back-Off, который заключается в уменьшении мощности радиопередатчика, что приводит к переходу в линейный режим работы и уменьшает абсолютное значение паразитного фазового сдвига из-за АФК. С использованием изложенной выше методики учета влияния АФК разработана методика определения вероятности ошибки при применении метода Back-Off. Учет Back-Off производится при определении функций плотности распределения фазы после изменения рабочей точки выходного СВЧ устройства. Наибольший интерес представляет исследование возможностей применения метода модуляции 8-ОФМ. На рисунке 4 приведены зависимости вероятность ошибочного приема сигнала 8-ОФМ, прошедшего тракт РРЛ с АФК с учетом метода Back-Off.

В случае использования модуляции 8-ОФМ наиболее интересен случай Back-Off 2,5-3,0 дБ, при котором эквивалентное ухудшение помехоустойчивости с учетом уменьшения мощности передатчика по сравнению с теоретической зависимостью имеет минимальную величину около 10 дБ. Это дает возможность обеспечить на модемном участке 2 переприема без регенерации сигнала и значительное число участков резервирования. Такой случай может иметь практическое значение при наличии на линии промежуточных станций с выделением информации, что позволит организовать модемные участки из двух интервалов.

Зная конкретную структуру РРЛ (число интервалов на участке и количество участков резервирования) можно определить вероятность ошибочного приема сигнала в конце радиорелейной линии (а, следовательно, и возможную дальность связи) с учетом того, что регенерация цифрового сигнала производится только на узловых станциях

                                .                                                (17)

 

Рисунок 5 – Вероятность ошибочного приема сигнала 8-ОФМ, прошедшего тракт РРЛ с АФК с учетом метода Back-Off

 

Разработанная методика позволит учесть влияние реальных характеристик существующих аналоговых радиорелейных линий, так как представляет собой конкретные результаты, позволяющие оценить возможности таких РРЛ для передачи цифровых сигналов.

В четвертой главе представлена модель исследуемой системы радиосвязи выполненная в среде MATLAB с использованием приложения Simulink. Описаны основные блоки, входящие в состав модели и их необходимые настройки. С использованием графического интерфейса BERTool GUI, получены графики зависимостей, подтверждающие теоретические исследования с учетом допустимой погрешности.

Заключение содержит формулировку основных научных и практических результатов диссертационной работы.

Приложения содержат материалы, не вошедшие в основные разделы диссертации: справочные материалы, тексты расчетных частей программ моделей и методик с использованием программы MathCAD 13.

 

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Приведен обзор основных способов цифровизации аналоговых радиорелейных линий и существующих работ по вопросам нормирования качественных параметров цифровых трактов, организованных в стволах аналоговых РРЛ. Для дальнейших исследований выбран наиболее перспективный вариант цифровизации, при котором весь спектр сигнала основной полосы занимается цифровым сигналом и для передачи используются фазовые методы модуляции.
2. Разработана методика расчета отношения сигнал/шум на интервале РРЛ, которая позволяет учесть:
• среднее значение уровня сигнала на входе приемника, которое обеспечивается в течение 50% времени для случая среднестатистической рефракции на интервале РРЛ;
• мощность тепловых шумов, приведенных к входу приемника;
• мощность шумов от нелинейных переходов высокочастотного тракта с учетом структуры фазоманипулированного сигнала и вида фазочастотной характеристики радиоствола аналогового радиорелейного оборудования;
• мощность шумов антенно-волноводного тракта, с учетом согласованности на стыках волноводных элементов (через КСВ) и потерь сигнала при распространении по волноводу.
3. Полученные результаты показывают, что реальные средние значения отношения сигнал/шум имеют порядок 40- 45 дБ.
4. Разработана методика определения вероятности ошибки при воздействии амплитудно-фазовой конверсии на сигнал с фазовой модуляцией при наличии в нем скачков фазы, которые ведут к возникновению паразитной амплитудной модуляции сигнала. Методика позволяет учесть:

• зависимость паразитного фазового сдвига из-за АФК от значения скачка фазы в фазоманипулированном сигнале;

• наличие шума, который добавляет  к фазовому сдвигу случайную составляющую и дополнительно смещает сигнальную точку на фазоамплитудной плоскости;
• вероятность возникновения различных скачков фазы в реальном М-ФМ сигнале, с учетом того, что в модулирующем цифровом сигнале произведена операция скремблирования.

5. На основе полученных зависимостей вероятности ошибки от отношения сигнал/шум для методов модуляции 8- ОФМ, 4-ОФМ и 4-ОФМ-С рассчитаны:

• эквивалентное ухудшение отношения сигнал/шум при воздействии АФК по сравнению с теоретическими графиками для 4-ФМ и 8-ФМ;
• минимально-допустимые значения отношения сигнал/шум при которых вероятность ошибки достигает 10-3;
• Допустимое число переприемов сигнала без регенерации на ПРС, после чего вероятность ошибки достигает 10-3.

6. Разработана методика оценки помехоустойчивости систем связи с учетом снижения уровня передачи (Back-Off) и уменьшения влияния АФК и сопутствующего данному процессу снижение отношения сигнал/шум на входе приемника. Проведенные расчеты показывают возможность использования метода 8-ОФМ для передачи цифровых сигналов по аналоговым РРЛ, причем количество переприемов без регенерации сигналов может достигать двух.

7. Полученные результаты позволяют рассчитать вероятность ошибки на выходе РРЛ с учетом реальной структуры (количества промежуточных и узловых станций) и определить возможное число переприемов сигнала  без регенерации (число интервалов).
8. Достоверность полученных аналитических результатов подтверждена моделированием рассматриваемых процессов в среде MATLAB.

 

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

 

1. Б.Н.Маглицкий, М.Г. Кокорич. Повышение пропускной способности цифровых стволов на аналоговых радиорелейных линиях // Российская научно-техническая конференция «Информатика и проблемы телекоммуникаций», г. Новосибирск, 2003 г. – с.64.
2. В.И.Носов, М.Г.Кокорич. Анализ причин ухудшения качества передачи цифровых сигналов по стволам аналоговых радиорелейных линий // Материалы юбилейной (десятой) международной научно-технической конференции «Перспективы развития современных средств и систем телекоммуникаций», Новосибирск, 2004 г. - с.179.
3. М.Г.Кокорич. Особенности передачи цифровых сигналов по стволам аналоговых радиорелейных линий // Труды третьей региональной научно-технической школы-семинара студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные проблемы радиотехники СПР-2005», Новосибирск, 2005 г. – с.23-26.
4. М.Г.Кокорич. Влияние амплитудно-фазовой конверсии на вероятность ошибочного приема сигналов с 4-ОФМ // Российская научно-техническая конференция «Информатика и проблемы телекоммуникаций», г. Новосибирск, 2005 г. – с. 153.
5. М.Г Кокорич., В.И. Носов. «Анализ причин, влияющих на качество передачи цифровых сигналов по стволам аналоговых радиорелейных линий» // Международный научно-технический семинар «Перспективы развития средств и систем телекоммуникаций», Екатеринбург, 2005. – с. 58-64.
6. В.И.Носов, М.Г.Кокорич, Влияние параметров высокочастотного тракта аналоговой радиорелейной линии на качество передачи фазоманипулированного сигнала // Международный научно-технический семинар «Перспективы развития современных средств и систем телекоммуникаций», Иркутск, 2006. – с. 106-114.
7. В.И.Носов, М.Г.Кокорич. Влияние нелинейности ФЧХ высокочастотного радиотракта на качество передачи фазоманипулированных сигналов // Российская научно-техническая конференция «Информатика и проблемы телекоммуникаций», г. Новосибирск, 2006 г. – с. 33.
8. М.Г. Кокорич. Влияние характеристик радиоствола аналоговой радиорелейной линии на передачу цифровых сигналов с фазовой манипуляцией. // Международная школа конференция «Информационно-телекоммуникационные системы - 2006», г. Новосибирск, 2006 г. – 50-51 с.
9. М.Г.Кокорич. Определение вероятности ошибочного приема сигналов М-ФМ при влиянии АФК // Российская научно-техническая конференция «Информатика и проблемы телекоммуникаций», г. Новосибирск, 2007 г. – с.217.
10. М.Г.Кокорич. Определение вероятности ошибочного приема сигналов с многопозиционной фазовой модуляцией, прошедших устройства СВЧ с АМ/ФМ преобразованием // Российская научно-техническая конференция «Информатика и проблемы телекоммуникаций», г. Новосибирск, 2008 г. – с.354
11. М.Г.Кокорич. Исследование возможностей передачи сигналов с квадратурной амплитудной модуляцией (КАМ) по стволам аналоговых радиорелейных линий. // Российская научно-техническая конференция «Информатика и проблемы телекоммуникаций», г. Новосибирск, 2008 г. – с.355.
12. Носов В.И., Кокорич М.Г., Дроздов Н.А. Влияние амплитудно-фазовой конверсии устройств СВЧ на качество передачи цифровых сигналов с фазовой модуляцией // Естественные и технические науки. – 2008. - №5 – с. 271-277.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кокорич Марина Геннадьевна

 

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

 

 

 

Подписано в печать 12.11.08

формат бумаги 60х84/16, отпечатано на ризографе, шрифт №10,

изд. л. 1,2  , заказ № 90, тираж 100. СибГУТИ

630102, Новосибирск, ул. Кирова, 86