Многопозиционная фазовая модуляция в системах спутниковой связи с МДЧ
х
0
Данное значение R совпадает с евклидовым расстоянием между центром окружности и любой точкой на ней. Для 2-х позиционного ФМ сигнала (рис. а) расстояние между сигланьными точками 2*/E - это максимально возможное расстояние между точками круга с радиусом /E. Оно полностью определяет потенциальную помехоустойчивость данной 2-х позиционной системы.
Расстояние между двумя гармоническими сигналами S1 и S2 длительностью Т1 отличающимися по фазе на угол j
d=(S1,S2)= (S1(t)-S2(t))^2dt = (a*sin(w*t+j)-a*sinw*t)^2dt =
______________ ____ _______
=/ (a^2)*T(1-cosj) =/2*E */1-cosj ,где E=(a^2)*T/2
Ниже приведена таблица расчетов рассояний dm между ближайшими вариантами сигнала в m-позиционных системах с ФМ и соответствующих проигрышей (по минимальному сигнальному расстоянию), текущей системы двухпозиционной (см. 7 стр 49.):
Кратность манипуляции К |
Число фаз m |
Минимальная разнсть фаз |
Минимальное евклидово расстояние между сигналами dm | d2/dm,дБ |
1 | 2 | p | 2*/E | 0 |
2 | 4 | p/2 | /2*E=1.41*/E | 3.01 |
3 | 8 | p/4 | /(2-/2)E=0.765/E | 8.34 |
4 | 16 | p/8 |
/(2--/2+/2)E= =0.39/E |
14.2 |
5 | 32 | p/16 |
/(2--/2+/2+/2)E= =0.196/E |
20.2 |
Равномерное размещение всех сигнальных точек на окружности, т.е. использование равномощных сигналов, отличающихся лишь фазой, является оптимальным только для 2-х, 3-х и 4-х позиционных случаев. При m>4 оптимальными будут неравномощные сигналы, которые кроме отличия по фазе имеют различие по амплитуде. Размещены они равномерно, обычно внутри окружности, радиус которой определяется максимально допустимой энергией сигнала. С точки зрения теории модуляции такие сигналы относятся к сигналам с комбинированной модуляцией, при которой одновременнo изменяется несколько параметров сигнала. В данном случае амплитуда и фаза (сигналы с амплитудно-фазовой манипуляцией АФМн). Простейший принцип построения сигналов с АФМн состоит в том, что сигнальные точки размещаются на двух концентрических окружностях. Однако, этот путь не всегда приводит к оптимальному результату. Например: 8-ми позиционный сигнал с АФМн:
___
4
сигнала размещены
на окружности
с радиусом
R=/E , а 4 на окружности
r МИНИМАЛЬНОЕ
РАССТОЯНИЕ
У ТАКОЙ СИСТЕМЫ
d8=0.86/E, ЧТО БОЛЬШЕ,
ЧЕМ d8 ФМн. Далее
рассмотрим
16-позиционные
АФМн-сигналы. Расстояние
между ближайшими
сигнальными
точками в 16-ти
позиционной
ФМн системе
d16=0.39/E, что соответствует
проигрышу в
14.2 дБ по сравнению
с 2-х позиционной
(см. посл. табл.).
В круге данного
радиуса можно
построить
лучшую систему
сигналов с
АФМн. Примером
построения
такой системы
является система,
у которой нечётные
сигналы равномерно
размещены на
окружности
большого радиуса
с интервалом
p/4, а чётные -- с
тем же интервалом
на окружности
меньшего радиуса,
но с общим сдвигом
по фазе относительно
нечётных на
угол p/8: Оптимальное
соотношение
между радиусами
R/r=1.587. При этом
отношении
минимальное
расстояние
между сигналами
d16=0.482/E. Таким образом
минимальное
расстояние
между сигналами
в 16-ти позиционной
АФМн сигнале
больше, чем в
аналогичной
ФМн. Следовательно
и помехоустойчивость
в 16-типозиционной
АФМн системе
выше при таком
расположении
векторов, чем
в аналогичной
ФМн системе,
при равномерном
размещении
сигнальных
точек на окружности. Другим
ярким примером
16-ти позиционных
АФМн сигналов
является система,
в которой сикнальные
точки размещены
в узлах квадратной
решетки: Минимальное
расстояние
между сигнальными
точками (d16=0.47/E) хоть
и меньше, чем
в предыдущем
примере, но
такой сигнал
удобен с точки
зрения практической
реализации. При
всех своих
достоинствах
АФМн сигналы
имеют довольно
серьёзный
недостаток
-- это неравномощность
вариантов. По
этой причине
возникают
определённые
трудности как
при их передачи(особенно
при наличии
нелинейных
преобразований,
которые обычно
имеют место,
например на
БРТР), так и при
оптимальной
обработке. По
этим причинам
в рассматриваемой
здесь системе
не будем переходить
от 8-ми позиционных
ФМн сигналов
к аналогичным
АФМн (хотя необходимо
отметить относительно
весомое превосходство
последних по
помехоустойчивости).
Однако, в том
случае, если
необходимо
в одном БРТР
ретранслировать
число станций
большее, чем
65 (при Pош=const), то
придётся сделать
переход к сигналам
с шестнадцатью
позициями фазы,
т.к. при возрастании
m в сигналах с
ФМн, при равномерном
расположении
сигнальных
точек на окружнсти,
резко ухудшается
помехоустйчивость.
8-ми позиционные
сигналы АФМн
довольно часто
нахoдят применение
именно по этой
причине. 6.
Приемник
земной станции. В
общем случае
спектр сообщения
на входе приемника
ЗС выглядит
следующим
образом: Требуется
выделить сигналы
от каждой
станции,следовательно
необходим блок
полосовых
фильтров:
Упрощенная
структурная
схема приемника
ЗС: Обозначения
на схеме: Ф-высокочастотный
фильтр, УВЧ-
усилитель
высокой частоты
(параметрический,
ЛБВ и т.д.), СМ -
смеситель
(преобразователь
частоты; в
зависимости
от ширины спектра
сигнала и несущей
частоты возможно
одно, два или
даже три преобразования
частоты; ограничимся
в данном приемнике
одним ПЧ, если
же полученной
при этом избирательности
по зеркальному
каналу в общем
тракте окажется
недостаточно,
придется переходить
на 2-х кратное
ПЧ и т.д.); Г- гетеродин;
ПФ - полосовые
фильтры; т.к.
от них требуется
высокая крутизна
АЧХ, то обычно
в качестве ПФ
используются
фильтры Чебышева
или Баттерворта
высокого порядка;
УПЧ - усилители
промежуточной
частоты: в них
осуществляется
основное усиление,
полоса пропускания
УПЧ Dfупч=Dfстанции+dfнест,
гдеdfнест=0.00001--0.000001
- запас на нестабильность
частоты.Пустьdfнест=0.00001,
тогда dfнест=0.00001*fo
=0.00001*11 Ггц; ОД- общий
демодулятор,
РУ - решающее
устройство;
ВСК - временной
селекторный
каскад (в нем
происходит
разделение
каналов); КД -
канальные
демодуляторы,
выделяющие
сообщение; Дек.
- ЦАП. Рассмотрим
работу некоторых
узлов приемника
более подробно. 1)
Общий демодулятор. На
интервале
длительностью
Т из совокупности
известных
равномощных
сигналов S1(t),
S2(t), ..., Sm(t) (в данном
случае m=8) переданным
считается
сигнал Si (t), если у
у фx(t)*Si(t)dt>фx(t)*Sj(t)dt х
х j=1,2,...m.
i не равно j где
х(t) - принятый
сигнал
(1) Так
как принимаемый
сигнал - ФМ, то
входящие в (1)
опорные сигналы
Sj представляют
собой гармонические
колебания с
соответствующими
начальными
фазами Sj= sin (wt + jj);
j=1,2,...,m. Общая
схема когерентного
демодулятора
с ФМ m=8 [7,стр.95] Схема
содержит m=8
корреляторов
и решающее
устройство
сравнения и
выбора максимального
из выходов
корреляторов.
Вопросы реального
формирования
опорных колебаний
описаны в (7)Число
опорных колебанийи
соответственно
корреляторов
в демодуляторе
сигналов с ФМ
меньше, чем
число вариантов
фазы. Число
опор многопозиционных
ФМ сигналов
может быть
сведено к двум,
если применить
соответствующий
вычислитель. Пусть
имеются свертки
принятого
сигнала x(t) и
квадратурных
опорных колебаний
с произвольной
начальной фазой
jо, т.е. у Xo=фx(t)*sin(wt+jo) х (2) у Xo=фx(t)*cos(wt+jо) х Тогда
любой из интервалов:
входящих в
алгоритм (1), можно
представить
через (2) по формуле:
Vi=Xo*cos(jj-jo)
+Yo*sin(jj-jo) (3), следовательно
общая схема
когерентного
демодулятора
сигналов с
многопозиционной
ФМн может быть
представлена
в следующем
виде: В
этой схеме
автономный
генератор и
фазовращатель
на p/2 вырабатывают
квадратурные
опорные колебания
с произвольной
начальной фазой
jо; в 2-х корреляторах
вычисляются
проекции принятого
сигнала на эти
опорные колебания,
в вычислителе
по формуле (3)
вычисляются
значения Vj, а
затем определяется
максимальное
из них. Для работы
схемы необходимы
точные значения
разностей jj-jo
между фазами
вариантов
принимаеиого
сигнала и фазой
опорного колебания
в корреляторах.
Эти разности
фаз после их
нахождения
вводятся в
вычислитель. Подробные
сведения о
работе демодуляторов
сигналов с
много позиционной
ФМ можно найти
в [7]. 2)
Система синхронизации В
системе синхронизации
есть подсистемы: а)
подсистема
тактовой
синхронизации; б)
подсистема,
обслуживающая
декодер (ЦАП); в)
подсистема,
управляющая
разделением
каналов. 7.
Учет недостатков
МДЧР при равномерной
расстановке
частот сигналов. При
МДЧР вследствие
одновременного
воздействия
многих сигналов
на нелинейный
выходной усилитель
мощности ствола
ретранслятора,
возникает ряд
нежелательных
эффектов: снижается
общая полезная
мощность на
выходе УМ; появляются
интермодуляционные
искажения из-за
нелинейности
амплитудной
характеристики
УМ, происходит
взаимное подавление
сигналов. Эти
недостатки
приводят к
снижению пропускной
способности
систем, под
которой понимаем
число станций
(сигналов),
обслуживаемых
одним стволом
БРТР. Сигнал,
занимающий
среднее положение
в полосе частот
ствола, при
равномерном
распределении
мощностей
сигналов находится
в наихудшем
положении, так
как на него
приходится
наибольший
уровень интермодуляционных
искажений Если
необходимо
выровнять
помехоустойчивость
приемников
различных
станций, то
распределение
мощностей
сигналов должно
быть принято
неравномерным. 8.
Заключение В
курсовом проекте
дано краткое
описание спутниковой
системы связи
с МДЧР с равномерной
расстановкой
частот сигналов;
достаточно
подробно выполнен
раздел, посвященный
выбору сигнала
и перспективам
применения
в данной системе
сигналов с АФМ;
менее подробно
рассмотрены
вопросы приема
выбранного
сигнала . Более
полные сведения
о тех или иных
разделах данной
работы можно
получить из
соответствующих
первоисточников,
которые указаны
по тексту. ТЕХНИЧЕСКОЕ
ЗАДАНИЕ НА ККК. 1.
Тип системы
: ССС с МДЧР 2.
Число телефонных
каналов на
данной земной
станции (ЗС) -
50. 3.
Средняя частота
работы ретранслятора
(РТР) fo
=11 ГГц 4.
Вероятность
ошибки на 1 символ: Рош=10^(-5) 5.
Коэффициент
усиления антенны
бортового РТР Ga
прд =30 дБ 6.
Диаметр антенны
приемника ЗС Da
прм=7 м 7.
Ширина полосы
частот, отводимая
стволу Df ств=70
Мгц 8.
Мощность бортового
ПРД Р
прд=10 Вт ЛИТЕРАТУРА 1."Проектирование
систем передачи
цифровой информации."
под ред. Пенена
П.И. 2."Проектирование
многоканальных
систем передачи
информации"
Когновицкий
Л.В. 3."Основы
технического
проектирования
систем связи
через ИСЗ".
Фортушенко
А.Д. и др. 4."
Справочник
Спутниковая
связь и вещание."
под ред. Кантора
Л.Я., 1988г. 5."Системы
передачи цифровой
информации".Пенин
П.И. 6."Антенны
и устрйства
СВЧ". Сазонов
Д.М. 7."Цифровая
переадача
информации
фазомодулированными
сигналами".
Окунев Ю.Б. 8."Помехоустойчивость
и эффективность
СПИ" под ред,
Зюко А.Г. 9."Оптимизация
по пропускной
способности
сисем связи
с частотным
разделением".
Когновицкий
Л.В. Касымов
Ш.И. Мельников
Б.С.
КУРСОВОЙ
ПРОЕКТ ПО
КУРСУ СИСТЕМЫ
ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ НА
ТЕМУ
"МНОГОСТАНЦИОННЫЙ
ДОСТУП С
ЧАСТОТНЫМ
РАЗДЕЛЕНИЕМ
КАНАЛОВ." ФАКУЛЬТЕТ РТФ ГРУППА Р-8-91 СТУДЕНТ АСАТРЯН
С.Р. РУКОВОДИТЕЛЬ
КОГНОВИЦКИЙ
Л.В