Оптимизация созвездий сигналов с амплитудно-фазовой манипуляцией в каналах связи с нефлуктуационными помехами

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

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. 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.

1. Proakis J.G. Digital Communications. 4th ed. NY: McGraw-Hill; 2001. 1002 p.

2. Fuqin X. Digital Modulation Techniques. 2nd ed. Artech House Telecommunications Library. Artech House Publishers; 2006. 1039 p.

3. Сомов А.М., Корнев С.Ф. Спутниковые системы связи. М.: Горячая линия – Телеком; 2012. 244 с. ISBN 978-5-9912-0225-1

4. 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.

5. Шелухин О.И. и др. Сети спутниковой связи VSAT. М.: Изд-во МГУЛ; 2004. 281 c. ISBN 5-8135-0248-3

6. Савватеев Ю.И., Назаров О.В. (ред.). Помехозащищенность приема дискретных сигналов. М.: Радиотехника; 2015. 584 с. ISBN 978-5-93108-094-9

7. 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;1:9–15.

8. 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.

9. 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/ypbhcx

10. Горобцов 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/vmilnb

11. Довбня 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/xeofpi

12. 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;6:14–22. https://elibrary.ru/yzlemn

13. Носов В.И., Дегтярев С.С. Исследование влияния нелинейности усилителя мощности ретранслятора на помехоустойчивость спутниковых систем связи. Новосибирск: СибГУТИ; 2019. 171 с. https://elibrary.ru/pgyqxr

14. 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;4(4):83–88. https://doi.org/10.17238/issn2409-0239.2017.4.83

15. Елкин 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/zfmmlj

16. 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;21(1):22–29. URL: http://radiotec.ru/ru/journal/Science_Intensive_Technologies/number/2020-1/article/19749

17. Куликов Г.В., Данг С.Х. Помехоустойчивость приема сигналов с амплитудно-фазовой манипуляцией в присутствии фазоманипулированной помехи. Журнал радиоэлектроники. 2021;11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.11.7

18. Куликов 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/uvasse

19. Куликов 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.