Влияние погрешностей системы синхронизации на помехоустойчивость приема сигналов с амплитудно-фазовой манипуляцией

Цели. Актуальной задачей современных систем радиосвязи и телевидения является повышение качества и количества передаваемой информации. Применение многопозиционных сигналов с амплитудно-фазовой манипуляцией (АФМ) 16-АФМ и 32-АФМ в системах цифрового спутникового телевидения стандарта DVB-S2 обеспечило возможность передачи на 30% больше данных в тех же полосах частот по сравнению с предыдущим стандартом DVB-S. Такое увеличение скорости передачи информации определило более жесткие требования к аппаратному обеспечению этих систем. Для приема сигналов АФМ, как и для многих других систем, использующих когерентную обработку сигналов, важную роль играет стабильность работы систем синхронизации. Наличие погрешностей в их работе может значительно снизить качество приема информации. Цель работы - анализ влияния погрешностей фазовой и тактовой синхронизации на помехоустойчивость приема сигналов с амплитудно-фазовой манипуляцией с кольцевой структурой сигнального созвездия.

Методы. Использованы методы статистической радиотехники и теории оптимального приема сигналов.

Результаты. Проведен анализ влияния погрешностей фазовой и тактовой синхронизации на помехоустойчивость приема сигналов с амплитудно-фазовой манипуляцией с кольцевой структурой сигнального созвездия. Получены зависимости вероятности битовой ошибки от величины фазового сдвига и смещения тактовых моментов. Проведено сравнение влияния погрешностей синхронизации на качество приема с известными результатами для сигналов с квадратурной амплитудной модуляцией (КАМ).

Выводы. Установлено, что при допустимых энергетических потерях не более 1 дБ критической фазовой погрешностью можно считать величину 2-3 градуса, а критическая тактовая погрешность составляет 3-4%. Когерентный приемник сигналов АФМ более чувствителен к фазовой погрешности опорных колебаний, чем аналогичный приемник сигналов КАМ, а тактовые погрешности одинаково сказываются на качестве приема этих сигналов.

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; 2015. 448 p. ISBN 978-1-118-98408-6

2. Савищенко Н.В. Помехоустойчивость когерентного приема многопозиционных сигналов КАМ и ФМ при неидеальной синхронизации. Информационно-управляющие системы. 2010;1(44):53-63.

3. Артеменко А.А., Мальцев А.А., Рубцов А.Е. Влияние неточности оценивания фазы несущей на вероятность битовых ошибок в М-КАМ системах передачи данных. Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2007;2:81-87.

4. Куликов Г.В., Ван Зунг Н. Влияние погрешностей синхронизации на помехоустойчивость когерентного приема сигналов М-ФМ. Russ. Technol. J. 2019;7(5):47-61. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2019-7-5-47-61

5. Куликов Г.В., Лелюх А.А., Баталов Е.В. Влияние погрешностей фазовой и тактовой синхронизации на помехоустойчивость когерентного приема сигналов с квадратурной амплитудной модуляцией. Russ. Technol. J. 2021;9(2):35-43. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2021-9-2-35-43

6. Довбня В.Г., Севрюков А.Е. Влияние качества функционирования системы тактовой синхронизации на помехоустойчивость приема КАМ-сигналов. Телекоммуникации. 2016;4:43-47.

7. Saeedi-Sourck H., Sadri S., Wu Y., Bergmans J.W.M., Farhang-Boroujeny B. Sensitivity analysis of offset QAM multicarrier systems to residual carrier frequency and timing offsets. Signal Process. 2011;91(7):1604-1612. https://doi.org/10.1016/j.sigpro.2010.12.019

8. Chung W., Kim B., Choi M., Nam H., Yu H., Choi S., Hong D. Synchronization error in QAM-based FBMC system. In: 2014 IEEE Military Communications Conference. 2014. P. 699-705. https://doi.org/10.1109/MILCOM.2014.122

9. Kulikov G.V., Van Dung N., Kulagin V.P., Lelyukh A.A. Influence of synchronization errors on the noise immunity of receiving multi-position M-PSK and M-QAM signals. In: 2020 Systems of Signal Synchronization, Generating and Processing in Telecommunications (SYNCHROINFO). 2020:9166034. https://doi.org/10.1109/SYNCHROINFO49631.2020.9166034

10. Teng K., Zhang Y., Yuan X., Liu Q. Implementation of a novel M-QAM OFDM timing synchronization method with FSO RoF system. In: 2019 7th International Conference on Information, Communication and Networks (ICICN). 2019. P. 48-52. https://doi.org/10.1109/ICICN.2019.8834953

11. Huang Y., Song Q., Wang S., Jamalipour A. Symbol error rate analysis for M-QAM modulated physical-layer network coding with phase errors. In: 2012 IEEE 23rd International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications - (PIMRC). 2012. P. 2003-2008. https://doi.org/10.1109/PIMRC.2012.6362683

12. Matta M., Cardarilli G.C., Di Nunzio L., Fazzolari R. A reinforcement learning-based QAM/PSK symbol synchronizer. In: IEEE Access. 2019;7:124147-124157. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2938390

13. Proakis J.G. Digital communications. 4th ed. McGraw-Hill; 2001. 1002 p.

14. Fuqin Xiong. Digital modulation techniques. 2nd ed. Boston, London: Artech House; 2006. 1039 p.

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