Статья: Анализ влияния искажений и шумов на помехоустойчивость приема сигналов квадратурной амплитудной модуляции

4. Фазовое рассогласование

Оценка помехоустойчивости приема сигналов QAM с учетом искажений, рассмотренных выше, проведена при идеальном приеме сигнала - когерентном приеме. На практике реализуется квазикогерентный прием, то есть в демодуляторе совместно осуществляется оценка информационных и неинформационных параметров сигнала (частоты и фазы). Построение квазикогерентных демодуляторов осуществляется по классическим схемам с обратной связью (feet back), в основе которых лежит система фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ), и схемам с предсказанием (feet forward), в которых петля обратной связи отсутствует. В классических схемах имеет место фазовое рассогласование входного сигнала и формируемого системой восстановления когерентной несущей (СВКН) опорного колебания.

Фазовое рассогласование является случайной величиной, которая при определенных условиях может быть представлена нормальным распределением. При этом систематическая составляющая будет определяться уровнем фазовых нелинейных искажений и установившейся в синхронном режиме работы фазовой ошибкой системы ФАПЧ. В табл. 2 и на рис. 4 приведены результаты моделирования помехоустойчивости приема сигналов QAM при различных значениях систематической составляющей фазового рассогласования.

Таблица 2.

Случайная составляющая фазового рассогласования является следствием фазового шума, то есть флуктуаций фазы генераторов опорных колебаний передатчика и приемника ЦСПИ, вызванных дробовым и тепловым шумами, шумом, обусловленным флуктуациями напряжения смещения и др., а также воздействием различных помех на СВКН демодулятора. К значительному снижению качества сигнала опорных генераторов могут приводить также ударные и вибрационные воздействия на радиоэлектронное устройство [10].

Рис. 5. Зависимости вероятности ошибочного приема от отношения сигнал/шум с учетом систематической составляющей фазового рассогласования

Анализ влияния различных искажений, сравнение результатов имитационного моделирования помехоустойчивости приема (см. табл. 1 и 2, рис. 1-4) позволяет сделать вывод, что вероятность ошибочного приема в значительной степени определяется фазовым рассогласованием, имеющим место между принимаемым сигналом и формируемым системой ФАПЧ опорным колебанием.

Следует отметить, что при наличии фазового рассогласования имеет место корреляция между квадратурными компонентами QAM-сигнала, приводящая к дополнительной аддитивной шумовой помехе в каждом канале после перемножения в синхронном детекторе демодулятора (аналогичная помехе, имеющей место при нарушении ортогональности сигнала QAM).

В СВКН с предсказанием, помимо ошибки в оценке фазы, имеет место и ошибка определения частоты принимаемого сигнала [11], что значительно сказывается на помехоустойчивости приема сигналов QAM. Тем не менее благодаря ряду преимуществ СВКН с предсказанием получают все большее распространение, особенно в системах с временным разделением каналов.

Наряду с рассмотренными в данной статье существуют и другие источники искажений и шумов. Однако в большинстве случаев их влияние на помехоустойчивость приема сигналов QAM незначительно.

Таким образом, помехоустойчивость приема сигналов QAM зависит главным образом от фазового рассогласования, величина которого определяется фазовыми нелинейными искажениями, возникающими в основном в усилителе мощности передатчика, установившейся фазовой ошибкой СВКН и фазовыми шумами. При этом выбор усилителя мощности передатчика и генераторов опорных колебаний определят стоимость беспроводной ЦСПИ (до 70%). Поэтому, на этапе проектирования ЦСПИ важно рационально распределить возникающие уровни искажений и шумов по соответствующим источникам для оптимизации системы по критерию «качество передачи информации (BER) - стоимость - энергопотребление».

шум цифровой радиолиния сигнал

Литература

1. Marcus Windisch. Estimation and Compensation of I/Q Imbalance in Broadband Communications Receivers, zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktoringenieurs, Technische UniversitЁat Dresden, 2007, 185 p.

2. Мартиросов В.Е. Влияние нелинейных (компрессионных) искажений на помехоустойчивость приема сигналов QAM // Радиотехника. 2008. № 9. С. 4-11.

3. Мартиросов В.Е. Оптимальный прием дискретных сигналов ЦСПИ. - М.: Радиотехника, 2010. - 208 с.

4. Kent K. Johnson. Residual BER Prediction, Agilent Technologies, USA, 2001, 58 р.

5. Немировский М.С. Влияние нелинейности амплитудной характеристики передатчика на основные параметры радиолиний // Радиотехника. 2009. №11. С. 53-60.

6. Шинаков Ю.С. Два способа вычисления мощности неискаженного сигнала на выходе нелинейного устройства с амплитудно-фазовой конверсией // Радиотехника. 2016. №2. С. 66-71.

7. Немировский М.С., Кошурников А.С. Характеристики сигналов с квадратурной АМ с фильтровым сглаживанием манипуляционных изменений параметров // Радиотехника. 2008. №12. С. 40-45.

8. John S. Seybold. Output back-off requirements for root-raised, cosine-filtered digital signals. // Defence Electronics. 2002. №6.

9. Там До. Проектирование беспроводных систем цифрового вещания с использованием универсальных ПЛИС // Электронные компоненты. № 4. 2008. С. 64-67.

10. Григорьев И.А., Гуськов Ю.С., Силаев Е.А. Влияние ударных воздействий, синусоидальной и широкополосной случайной вибрации на фазовые шумы сигнала синтезатора частоты S-диапазона // Радиотехника. 2015.№ 4. С. 99-104.

11. Jingxin Chen. Carrier Recovery in Burst-mode 16-QAM. A Thesis Submitted to the College of Graduate Studies and Research in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Science in the Department of Electrical Engineering, University of Saskatchewan, Saskatoon, Saskatchewan, 2004, 107 p.