Помехоустойчивость побитового приема сигналов квадратурной амплитудной модуляции

• Автор: Рамирес Агилар Хосе Альберто
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 114 с. : ил.

Приоритетным направлением развития современной теории и техники передачи информации является разработка и исследование систем связи, в которых информационные сообщения представлены в цифровом виде.
Это обусловлено лавинообразным нарастанием объемов передаваемых данных, а также необходимостью создания большого множества доменов, сопрягаемых на всех уровнях глобальных, региональных и местных сетей связи. В первую очередь речь идет о системах спутниковой, радиорелейной, мобильной и транкинговой связи. Поставленные перед ними проблемы могут быть решены только путем создания цифровых систем передачи информации (ЦСПИ), обладающих высокой технико-экономической эффективностью в практических приложениях.
Повышенный интерес к передаче информационных сообщений в цифровой форме обусловлен рядом факторов:
- высокая помехоустойчивость цифровых систем передачи информации, позволяющая достичь более полного использования пропускной способности канала при высоком качестве передачи информации;
- высокая универсальность ЦСПИ относительно характера источника и потребителя сообщений, а также возможность объединения различных потоков сообщений в едином цифровом стволе линии связи;
- относительная простота сопряжения ЦСПИ различных типов и различных уровней иерархи!, что обуславливает возможность непосредственного включения ЦСПИ в интегрированные сети региональных, национальных и глобальных цифровых систем связи;
- возможность обнаружения и устранения искажений информационных сообщений в процессе обработки сигналов в ретрансляторах ЦСПИ, что обеспечивает сохранение высокой помехоустойчивости при многоступенчатой и разветвленной структуре системы связи;
- уменьшенные габаритные размеры и увеличенная надежность аппаратуры формирования и приема цифровых сигналов за счет широкого применения программируемой элементной базы, такой как: цифровые сигнальные процессоры (DSP - digital signal processing), однокристальные микроЭВМ, программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС).
Динамичное развитие современной техники предъявляет жесткие требования к радиосистемам, осуществляющим передачу цифровой информации. Высокая плотность заполнения частотных планов заставляет уделять особое внимание спектральной эффективности систем, что аргументирует повышенный интерес к многопозиционным дискретным сигналам.
Особенностью ЦСПИ является использование так называемых дискретных сигналов, т.е. радиосигналов у которых информационные параметры являются дискретными случайными процессами. К ним относятся хорошо известные сигналы бинарной амплитудной, частотной и фазовой манипуляции, активно применявшиеся во второй половине прошлого столетия. В последние десятилетия стало актуальным применение в ЦСПИ более сложных многопозиционных дискретных сигналов, наиболее перспективными из которых являются сигналы квадратурной амплитудной модуляции.
Сигналы квадратурной амплитудной модуляции (QAM - quadrature amplitude modulation) относятся к классу многопозиционных дискретных сигналов, на интервале действия посылки которых возможна передача более одного бита информации. Количество бинарных информационных дискретных параметров в составе сигнала QAM определяет его размерность и спектральную эффективность (отношение скорости передачи информации к полосе частот, занимаемых сигналом).
Так, например, сигнал 16QAM содержит 4 бинарных информационных параметра, переносящих на интервале действия посылки 4 бита информации, а количество возможных вариантов передаваемых посылок сигнала равно 16. При этом спектральная эффективность сигнала 16QAM в четыре раза превышает спектральную эффективность сигнала бинарной фазовой манипуляции (PSK - phase shift keying). Эти обстоятельства обуславливают широкое применение сигналов QAM в современных ЦСПИ.

Для сравнения помехоустойчивости посимвольного (усредненного побитового) приема для исследуемых в диссертации сигналов ОРБК, 16()АМ и 64()АМ на рис.2.5 приведены результаты расчета, выполненные по полученным выше выражениям (2.20), (2.24) и (2.32).
Eq/Nq, dB
Рис.2.5 Вероятности ошибки посимвольного приема сигналов QAM
Еще раз подчеркнем, что по оси абсцисс рассчитанных зависимостей помехоустойчивости (рис.2.5) отложены значения отношения усредненных энергий посылок сигналов QAM к спектральной мощности шума (E0/N0), выраженные в децибельной мере.
Из полученных результатов (рис.2.5) следует, что проигрыш в помехоустойчивости сигнала 4QAM (QPSK) по сравнению с сигналом PSK (2QAM) по энергетике цифрового ствола ЦСПИ составляет 3 дБ. Аналогичные проигрыши в помехоустойчивости сигналов 16QAM и 64QAM по сравнению с сигналом PSK составляют 10 дБ и 16 дБ соответственно. Указанное снижение помехоустойчивости является "платой" за двукратное (4QAM), четырехкратное (16QAM) и шестикратное (64QAM) увеличение скорости передачи информации при фиксированной полосе частот цифрового ствола ЦСПИ.