mireabulletinRussian Technological JournalRussian Technological Journal2782-32102500-316XRTU MIREA10.32362/2500-316X-2025-13-1-76-88OQHKMMmireabulletin-1075Research ArticleСОВРЕМЕННЫЕ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫMODERN RADIO ENGINEERING AND TELECOMMUNICATION SYSTEMSОптимизация созвездий сигналов с амплитудно-фазовой манипуляцией в каналах связи с нефлуктуационными помехамиOptimization of signal constellations with amplitude-phase shift keying in communication channels with non-fluctuating interferencehttps://orcid.org/0000-0001-7964-6653КуликовГ. В.KulikovGennady V.

Куликов Геннадий Валентинович, д.т.н., профессор, профессор кафедры радиоэлектронных систем и комплексов, Институт радиоэлектроники и информатики,

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78.

Scopus AuthorID: 36930533000.

Gennady V. Kulikov, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Department of Radio Electronic Systems and Complexes, Institute of Radio Electronics and Informatics,

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454.

Scopus AuthorID: 36930533000.

kulikov@mirea.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3372-7172ДангСуан ХангDangXuan Kh.

Данг Суан Ханг, аспирант, кафедра радиоэлектронных систем и комплексов, Институт радиоэлектроники и информатики, 

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78.

Dang Xuan Khang, Postgraduate Student, Department of Radio Electronic Systems and Complexes, Institute of Radio Electronics and Informatics,

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454.

dangxuankhang147@gmail.comЛелюхА. А.LelyukhAndrey A.

Лелюх Андрей Александрович, к.т.н., заместитель начальника технического центра специальной аппаратуры,  

109029, Москва, Нижегородская ул., д. 32.

Scopus AuthorID: 57218678005.

Andrey A. Lelyukh, Cand. Sci. (Eng.), Deputy Head,

32, Nizhegorodskaya ul., Moscow, 109029.

a.lel@mail.ruФГБОУ ВО «МИРЭА – Российский технологический университет»РоссияMIREA – Russian Technological UniversityRussian FederationАО «Московский научно-исследовательский институт радиосвязи»РоссияMoscow Research Institute of Radio Communications, Technical Center of Special EquipmentRussian Federation2025040220251317688Copyright © Куликов Г.В., Данг С.Х., Лелюх А.А., 20252025Куликов Г.В., Данг С.Х., Лелюх А.А.Kulikov G.V., Dang X.K., Lelyukh A.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rtj-mirea.ru/jour/article/view/1075Цели

Цели. Многопозиционная амплитудно-фазовая манипуляция (АФМ) с кольцевой формой сигнальных созвездий является одним из наиболее эффективных способов передачи дискретной информации в спутниковых системах. Применение АФМ регламентируется несколькими стандартами, основными из которых являются DVB-S2 и VSAT. Они определяют параметры модуляции, а также параметры сигнальных созвездий. Цель статьи – определение наилучших созвездий 16-АФМ и 32-АФМ, обеспечивающих минимум вероятности битовой ошибки для случаев, когда в канале связи наряду с шумовой присутствуют помехи нефлуктуационного вида.

Методы

Методы. Использованы методы статистической радиотехники, теории оптимального приема сигналов и компьютерного моделирования.

Результаты

Результаты. Рассмотрены способы и проведена оптимизация созвездий кольцевой формы сигналов 16-АФМ и 32-АФМ изменением распределения точек по радиусу и фазе для случая, когда в канале связи наряду с шумовой присутствуют помехи нефлуктуационного вида: частотно-манипулированная, ретранслированная, фазоманипулированная, гармоническая. Определены наилучшие созвездия 16-АФМ и 32-АФМ, обеспечивающие минимум вероятности битовой ошибки.

Выводы

Выводы. Для улучшения качества связи в системах передачи информации при наличии нефлуктуационных помех можно использовать существующие созвездия 16-АФМ (4, 12) и 32-АФМ (4, 12, 16) с изменением соотношений между радиусами окружностей 2.5 для 16-АФМ и 2.5/3.9 для 32-АФМ. За счет более эффективного использования мощности сигнала применение созвездий с точкой с нулевой амплитудой для 16-АФМ позволяет добиться увеличения помехоустойчивости приема. Например, в случае применения созвездия (1, 5, 10) энергетический выигрыш по сравнению со стандартным созвездием (4, 12) может достигать 1 дБ.

Objectives

Objectives. Multi-position amplitude-phase shift keying (APSK) with a ring-shaped signal constellation is one of the most effective ways for transmitting discrete information in satellite systems. The use of APSK is regulated by several standards. The main are DVB-S2 and VSAT which define both the modulation parameters, and the parameters of the signal constellations. The aim of the paper is to determine the best constellations of 16-APSK and 32-APSK, and provide a minimum BER for cases when the communication channel, along with noise, contains non-fluctuating interference.

Methods

Methods. Methods of statistical radio engineering, the theory of optimal signal reception, and computer modeling were used.

Results

Results. The optimization of ring-shaped constellations of 16-APSK and 32-APSK signals is attained by changing the distribution of points along the radius and phase for a case in which the communication channel, along with noise, contains non-fluctuating interference: frequency-shift keyed, retransmitted, phase-shift keyed, and harmonic ones. The best constellations of 16-APSK and 32-APSK are determined, and a minimum bit error rate is provided.

Conclusions

Conclusions. In order to improve the quality of communication in information transmission systems in the presence of non-fluctuating interference, the existing constellations 16-APSK (4, 12) and 32-APSK (4, 12, 16) can be used by changing the ratios between the radii of circles 2.5 for 16-APSK and 2.5/3.9 for 32-APSK. Due to the more efficient use of signal power, the use of constellations with a zero-amplitude point for 16-APSK allows reception noise immunity to be increased. For example, when using constellation (1, 5, 10), the energy gain compared to the standard constellation (4, 12) can reach 1 dB.

амплитудно-фазовая манипуляциясигнальное созвездиенефлуктуационные помехипомехоустойчивостьвероятность битовой ошибкиamplitude-phase shift keyingsignal constellationnon-fluctuation interferencenoise immunitybit error rateReferencesProakis J.G. Digital Communications. 4th ed. NY: McGraw-Hill; 2001. 1002 p.Proakis J.G. Digital Communications. 4th ed. NY: McGraw-Hill; 2001. 1002 p.Fuqin X. Digital Modulation Techniques. 2nd ed. Artech House Telecommunications Library. Artech House Publishers; 2006. 1039 p.Fuqin X. Digital Modulation Techniques. 2nd ed. Artech House Telecommunications Library. Artech House Publishers; 2006. 1039 p.Сомов А.М., Корнев С.Ф. Спутниковые системы связи. М.: Горячая линия – Телеком; 2012. 244 с. ISBN 978-5-9912-0225-1Somov A.M., Kornev S.F. Sputnikovye sistemy svyazi (Satellite Communication Systems). Moscow: Goryachaya liniya – Telekom; 2012. 244 p. (in Russ.). ISBN 978-5-9912-0225-1Minoli D. Innovations in Satellite Communications and Satellite Technology: The Industry Implications of DVB-S2X, High Throughput Satellites, Ultra HD, M2M, and IP. NY: John Wiley & Sons Ltd; 2015. 441 p.Minoli D. Innovations in Satellite Communications and Satellite Technology: The Industry Implications of DVB-S2X, High Throughput Satellites, Ultra HD, M2M, and IP. NY: John Wiley & Sons Ltd; 2015. 441 p.Шелухин О.И. и др. Сети спутниковой связи VSAT. М.: Изд-во МГУЛ; 2004. 281 c. ISBN 5-8135-0248-3Shelukhin O.I., et al. Seti sputnikovoi svyazi VSAT (VSAT Satellite Communication Networks). Moscow: MGUL; 2004. 281 p. (in Russ.). ISBN 5-8135-0248-3Савватеев Ю.И., Назаров О.В. (ред.). Помехозащищенность приема дискретных сигналов. М.: Радиотехника; 2015. 584 с. ISBN 978-5-93108-094-9Savvateev Yu.I., Nazarov O.V. (Eds.). Pomekhozashchishchennost’ priema diskretnykh signalov (Noise Immunity of Reception of Discrete Signals). Moscow: Radiotekhnika; 2015. 584 p. (in Russ.). ISBN 978-5-93108-094-9Савищенко 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;1:9–15.Savishchenko N.V., Afrikantov I.N., Kapralov D.D., Kirillov V.S., Ostroumov O.A. Calculation of the probability of bit and symbolic errors for the communication channel when receiving signal structures of the DVB-S2 standard. Informatsiya i kosmos = Information and Space. 2015;1:9–15 (in Russ.).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;11–12:96–101.Parshutkin A.V., Maslakov P.A. Noise stability of sattelite communication channels with amplitude-phase modulation to exposure to urged unsteady interference. Voprosy oboronnoi tekhniki. Seriya 16. Tekhnicheskie sredstva protivodeistviya terrorizmu = Military Enginery. Counter-Terrorism Technical Divices. Issue 16. 2019;11–12:96–101 (in Russ.).Выболдин Ю.К. Помехоустойчивость приема многопозиционных АФМ сигналов в каналах связи с замираниями. В сб.: Научная сессия ГУАП: сборник докладов в 3-х ч. СПб.: ГУАП; 2018. Ч. 2. С. 32–37. https://elibrary.ru/ypbhcxVyboldin Yu.K. Error probabilities for receiving multipositions APM signals in communication channels with fading. In: GUAP Scientific Session: collection of reports in 3 v. St. Petersburg: GUAP; 2018. V. 2. P. 32–37 (in Russ.). https://elibrary.ru/ypbhcxГоробцов И.А., Кирик Д.И. Оценка помехоустойчивости приема сигналов с амплитудно-фазовой модуляцией. В сб.: Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании (АПИНО 2019): сборник научных статей VIII Международной научно-технической и научно-методической конференции в 4 т. 2019. Т. 3. С. 111–116. https://elibrary.ru/vmilnbGorobtsov I.A., Kirik D.I. Estimation of noise immunity of signal reception with APSK. In: Actual Problems of Infotelecommunications in Science and Education (APINO 2019): Collection of scientific articles of the 8th International Scientific-Technical and Scientific-Methodical Conference in 4 v. 2019. V. 3. P. 111–116 (in Russ.). https://elibrary.ru/vmilnbДовбня В.Г., Коптев Д.С., Бабанин И.Г. Оценка потенциальной помехоустойчивости приема цифровых сигналов, используемых в современных и перспективных системах радиорелейной и спутниковой связи. Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. 2020;10(1):21–35. https://elibrary.ru/xeofpiDovbnya V.G., Koptev D.S., Babanin I.G. Assessment of potential interference of receiving digital signals used in modern and perspective radio-relay and satellite communication systems. Proceedings of the Southwestern State University. Series: IT Management, Computer Science, Computer Engineering. Medical Equipment Engineering. 2020;10(1):21–35 (in Russ.). https://elibrary.ru/xeofpiНосов 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;6:14–22. https://elibrary.ru/yzlemnNosov V.I., Degtyarev S.S. Noise immunity analysis for M-APSK signaling over satellite link with nonlinear distortions. Modern Science: Actual Problems of Theory & Practice. Series: Natural and Technical Sciences. 2017;6:14–22 (in Russ.). https://elibrary.ru/yzlemnНосов В.И., Дегтярев С.С. Исследование влияния нелинейности усилителя мощности ретранслятора на помехоустойчивость спутниковых систем связи. Новосибирск: СибГУТИ; 2019. 171 с. https://elibrary.ru/pgyqxrNosov V.I., Degtyarev S.S. Issledovanie vliyaniya nelineinosti usilitelya moshchnosti retranslyatora na pomekhoustoichivost’ sputnikovykh sistem svyazi (Investigation of the Influence of the Nonlinearity of the Repeater Power Amplifier on the Noise Immunity of Satellite Communication Systems). Novosibirsk: SibGUTI; 2019. 171 p. (in Russ.). https://elibrary.ru/pgyqxrСтруков 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;4(4):83–88. https://doi.org/10.17238/issn2409-0239.2017.4.83Strukov A.P. Method of analytical calculation of SER and BER for APSK modulation in the nonlinear channel with AWGN. Raketno-kosmicheskoe priborostroenie i informatsionnye sistemy = Rocket-Space Device Engineering and Information Systems. 2017;4(4):83–88 (in Russ.). https://doi.org/10.17238/issn2409-0239.2017.4.83Елкин П.Е. Определение оптимального режима работы усилителя при передаче сигналов 16-APSK в нелинейном канале с АФК. В: Современные проблемы телекоммуникаций: материалы Российской научно-технической конференции. Новосибирск: СибГУТИ; 2017. С. 287–290. https://elibrary.ru/zfmmljElkin P.E. Determination of the optimal operating mode of the amplifier when transmitting 16-APSK signals in a nonlinear channel with AFC. In: Modern Problems of Telecommunications: Materials of the Russian Scientific and Technical Conference. Novosibirsk: SibGUTI; 2017. P. 287–290 (in Russ.). https://elibrary.ru/zfmmljКуликов Г.В., Усманов Р.Р., Трофимов Д.С. Анализ помехоустойчивости приема сигналов с многопозиционной амплитудно-фазовой манипуляцией в присутствии гармонической помехи. Наукоемкие технологии. 2020;21(1):22–29. URL: http://radiotec.ru/ru/journal/Science_Intensive_Technologies/number/2020-1/article/19749Kulikov G.V., Usmanov R.R., Trofimov D.S. Noise immunity analysis of amplitude and phase-shift keying signals reception in presence of harmonic interference. Naukoemkie tekhnologii = Science Intensive Technologies. 2020;21(1):22–29 (in Russ.). Available from URL: http://radiotec.ru/ru/journal/Science_Intensive_Technologies/number/2020-1/article/19749Куликов Г.В., Данг С.Х. Помехоустойчивость приема сигналов с амплитудно-фазовой манипуляцией в присутствии фазоманипулированной помехи. Журнал радиоэлектроники. 2021;11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.11.7Kulikov G.V., Dang Х.Kh. Noise immunity of receiving signals with amplitude and phase-shift keying in the presence of phase-shift keying interference. Zhurnal radioelektroniki = J. Radio Electronics. 2021;11 (in Russ.). https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.11.7Куликов Г.В., Ханг Д.С., Стариковский А.И. Помехоустойчивость приема сигналов с амплитудно-фазовой манипуляцией на фоне частотно-манипулированной помехи. Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2022;4:44–51. https://elibrary.ru/uvasseKulikov G.V., Khang D.X, Starikovskiy A.I. Noise immunity of signal reception with amplitude-phase shift keying in the background of frequency shift keying interference. Voprosy radioelektroniki. Seriya: Tekhnika televideniya = Questions of Radio Electronics. Series: TV Technique. 2022;4:44–51 (in Russ.). https://elibrary.ru/uvasseКуликов Г.В., Данг С.Х. Помехоустойчивость приема сигналов с амплитудно-фазовой манипуляцией в двухлучевом канале связи. Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2022;2:43–49.Kulikov G.V., Dang X.Kh. Noise immunity of reception of signal with amplitude-phase shift keying in a two-path communication channel. Voprosy radioelektroniki. Seriya: Tekhnika televideniya = Questions of Radio Electronics. Series: TV Technique. 2022;2:43–49 (in Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.