Муравьев В.В., Липкович Э.Б. Спутниковые и радиорелейные системы передачи

Подождите немного. Документ загружается.

Послеподстановки(6.46)в(6.48)наоснованииполученноговыраженияопре

делим,чтопри

6

=

ОШ

Р и

СК

R =1/2величина

P

bB

×

0

составляет2,18дляМ=4,и2,01

дляМ=16.Этотрезультатозначает,чтодлязаданныхпараметровмодуляциииде

модуляции при двух ступенях кодирования имеет место отступление от границы

ШеннонадляМ=4иМ=16на2,18и2,01соответственно.Такимобразом,длялуч

шегоприближениякграницеШеннонанужныболеесовершенныеметодыкодиро

вания,способныеобеспечитьотношение

0 P

C

B b ×

близкоекединице.

ВразрабатываемыхЦРРСПвыборконкретныхметодовмодуляцииикодиро

ваниясопряжёнсимеющимисяограничениямивсетиназначениядопустимойши

риныполосытрактаимощностипередачи.

6.9Сравнительнаяоценкавидовмодуляции

6.9.1Чувствительностьхарактеристикмодемовкискажениямвтракте

передачи

СростомиспользуемогопорядкамодуляцииМвсистемахЦРРСПувеличива

ется значение требуемого ОНШ на входе демодулятора. Кроме того, с ростом М

увеличиваютсяпотеримощности модулированного радиосигнала при его прохож

дениипорадиотрактувследствиечувствительностимодемовкимеющимсяискаже

ниямвтракте.ДляобеспечениятребуемогоОНШнавходеприемниканеобходимо

предусмотреть системный энергетический запас на величину дополнительных по

терь.

Косновнымисточникампотерь,влияющимнавеличинуОНШиззанедостат

ковпроцессовмодуляцииидемодуляции,можноотнести:

–ошибкиприреализациимодемов;

–линейныеинелинейныеискажениявтрактепередачи;

–внутрисистемныепомехи.

Ошибкиприреализациимодемовобусловлены:

–неточностьюобеспеченияфазовогосдвига90°междуквадратурныминесу

щими;

–неточностьюуровняамплитудсигналоввIиQканалах;

– неточностью восстановления тактовой частоты (сигнала синхронизации) и

несущейпридемодуляции.

Указанныефакторыприводяткразбросупозицийточексозвездиянавектор

ныхдиаграммахиискажениюдиаграммы.Этипричины ведут к уменьшениюрас

стояниямеждуточкамисозвездияикснижениюдостоверностиприёма.

Причинаминеточноговосстановлениятактовойчастотыинесущейсчитаются

всестатическиеидинамические(фазовоедрожание) ошибки.Фазовое дрожание в

цепяхсинхронизациивозникаетиззаразличныхслучайныхпроцессов,втомчисле

влияниятепловогошума.

Втабл.6.9указанызначенияухудшенияОНШ(

4

=

ОШ

Р )иззастатических

фазовыхошибокнесущей(данные“1”)иошибоксинхронизации(данные“2”)для

различныхформатовмодуляции(М=4,16,64)при коэффициентескругленияАЧХ

фильтраНайквиста

=0,5.

Втабл.6.10приведенырезультатыухудшенияОНШиззалинейныхискаже

ний в радиотракте, связанных с перекосом егоАЧХ. Причинами искаженийэтого

вида могут быть: несовершенство передаточной характеристики радиоканала, не

точнаянастройкафильтров,температурныеизменения,старениеоборудования,не

равномерностьгрупповоговременизапаздыванияидр.

Таблица6.9–ПотеривОНШ (дБ)иззанеточноговосстановленияфазыколе

баний

4КАМ 16КАМ 64КАМФазовый

сдвиг,

град

“1” “2” “1” “2” “1” “2”

2 0,05 0,05 0,4 0,2 1,4 0,7

4 0,25 0,15 1,3 0,8 4,6 3,0

6 0,6 0,4 2,5 1,6  7,5

8 1 0,6 4,1 3,9  

Таблица6.10–ПотеривОНШ (дБ)иззалинейногонаклонаАЧХрадиотракта

Искажения

АЧХтракта,

дБ

4

КАМ

16КАМ 64КАМ

1 0,05 0,1 0,55

2 0,1 0,6 2,5

3 0,25 1,0 5,7

4 0,4 2,3 

ВсевидымодуляцииМКАМвысокогопорядкачувствительныкнелинейным

искажениям.Основнымиисточникаминелинейныхискаженийвцифровыхсистемах

радиосвязиявляютсяусилителимощности,расположенныевтрактахпередачи.Из

занелинейностиихАХприпрохожденииширокополосногомодулированногосиг

нала через эти усилители возникают комбинационные продукты. Образованные

продукты вследствие нелинейности отбирают часть мощности полезного сигнала,

расширяютспектрсигналаиувеличиваютотношениешумсигнал.Вкачествекри

терияоценкивлияниянелинейностиАХнаростнелинейныхискаженийиспользу

ется уровень входного сигнала, при котором наблюдается отклонение линейности

характеристикина1дБ(рис.6.41).

1дБ

56дБ

ВЫХ

Р

ВХ

Р

КРВЫХ

Р

КРВХ

Р

НОМВХ

Р

Рисунок6.41–АХвыходногоусилителямощности

Длясокращенияпотерьполезногосигналапри прохожденииегочерезнели

нейный усилительпередатчика и сниженияуровнякомбинационных продуктовна

его выходе осуществляютлинеаризациютракта.Обычно уменьшают

ВХ

Р поотно

шениюк

КРВХ

Р на5…6дБ(в3…4раза).Вкаждомизрешенийстремятсяобеспечить

линейноеусилениемодулированногосигналавлинейномрежиме.

Припрохождениимодулированногосигналапорадиотрактувозникаюттакже

потерииззаограниченияегополосыпропускания.Поэтомуполученныевеличины

потерь вследствие влияния различных факторов должны представляться с учетом

отклоненияреальнойшириныполосытрактаотполосыНайквиста.Этоотличиеза

даетсякоэффициентомскругления

 .

Представимвтабл.6.11значенияпотерьвыходноймощностиполезногосиг

налаиззанелинейностиАХусилителяпри

ВХ

Р =

КРВХ

Р дляразличныхвидовмоду

ляции.

Таблица6.11–Потеривыходноймощностиполезногосигналаиззанелиней

ностиАХусилителя

Видмодуляции

ВЫХ

Р D ,дБ



4ФМ 2 0,5

8ФМ 4 0,5

16КАМ 7 0,35

64КАМ 11 0,35

Изанализаданныхтаблицыследует,чтосистемыссущественнойнелинейно

стью требуют внимательного подхода к выбору режимов мощных каскадов. Это

преждевсегокасаетсяслучаев,когдаиспользуютсямногопозиционныевидымоду

ляции с непостоянной огибающей модулированного сигнала. Непостоянство оги

бающейнавыходах модулятороввысокогопорядка,характеризуетсяпикфактором:

( )

2

MAX СР

10lgP 10lg P 10lg М 1 3 М 1

æ ö

c = - = - × -

ç ÷

è ø

,дБ (6.49)

Сростомпорядкамодуляциирастёттакжечувствительностьсистемыкпоме

хам, причём тем заметнее, чем меньше допускается величина ошибок. Критерием

чувствительности цифровой радиосистемы к помехам можно считать снижение

ОНШна1дБ,еслиуровеньвоздействующейпомехина7дБнижеуровняОНШ.

6.9.2Компактностьспектрамодулированногосигнала

Компактностьспектранавыходемодулятораопределяетсябыстротойубыва

нияэнергетическогоспектрасизменениемчастоты.Наилучшейкомпактностьюоб

ладаютвидымодуляции,укоторыхизменения(«скачки»)значенийфазминималь

ныилиотсутствуютвовсе.Именноналичиезаметныхфазовыхскачковвпроцессе

модуляцииприпереходеотбитакбиту(отсимволаксимволу)приводиткрасши

рениюспектрамодулированногосигнала,чтосвязанособразованиемсопутствую

щей амплитудной модуляции. Наибольший уровень сопутствующей модуляции в

устройствахспостояннойогибающейимеетQPSK,укоторойскачкифазмогутсо

ставлять180°,наименьший–частотномодулированныесигналыснепрерывнойфа

зой, используемые в системах подвижной связи. Промежуточное положение по

компактности спектразанимают модуляторы OQPSK, укоторыхизменение значе

нийфазпроисходитсшагом90°(рис.6.42).

Частотномодулированный сигнал с непрерывной фазой имеет постоянную

огибающуюприпрактическилюбомограниченииспектрамодулирующегосигнала.

Этавозможностьпозволяетиспользоватьданныйвидмодуляциидляусилениямо

дулированныхсигналоввусилителяхснелинейнойамплитуднойхарактеристикой.

СпектральнаяэффективностьЧМсигналовниже,чемФМ.ОднакоЧМсигналына

приемемогутобрабатыватьсякаккогерентными,такинекогерентнымидетектора

мии,какотмечалось,онирасполагаютлучшейскоростьюспадаспектра.Высокая

компактностьспектра,характернаядляЧМсигналов,послужилаосновойдлявыбо

ра в системах мобильной связи бинарной частотномодулированной модуляции с

непрерывнойфазойи предгауссовойкоррекцией для сглаживания формы модули

рующегосигнала.

40

30

20

10

0

f

0

2

1

Т

0

1

Т

0

2

3

Т

0

2

Т

QPSK

OQPSK(QPSKC)

ЧММС

G,дБ

Рисунок6.42–Характеристикиспектровнекоторыхформатовмодуляции

6.9.3Кривыепомехоустойчивостиразличныхвидовмодуляции

Помехоустойчивостьцифровыхсистемрадиосвязихарактеризуетсяобеспече

ниемтребуемыхзначенийОНШприреализациизаданнойвероятностиошибки.Ве

личинапомехоустойчивостизависитотспособовмодуляцииидемодуляции,спосо

бовкодированияидекодирования, способовпредфильтрации вмодуляторахипо

следетекторнойфильтрациивдемодуляторах.

Кривые помехоустойчивости

( )

ОШ 0

Р f h ,дБ = для различных видов модуля

цииприведенынарис.6.43.

6

-

5

-

4

-

3

-

2

-

ОШ

Р

0

lg10,

N

E

дБh =

4 8 12 16 20 24

16ФМ

64КАМ

8ФМ

АМсДОАМс

детектированием

поогибающей

АМ

сДО

16КАМ

4ОФМ

QPSK

Рисунок6.43–Кривыепомехоустойчивостидляразличныхвидовмодуляции

Иззависимостейрис.6.43видно,чтонаилучшимиэнергетическимипоказате

лями обладают ЦРРСП с низким порядком модуляции. С ростом М модуляторы

КАМимеютлучшиепоказатели,чеммодуляторысМФМ,посколькусредняяэнер

гиярадиопосылок,требуемаядляобеспечениязаданногоОНШунихменьше.

Согласно(6.46),прииспользованиивсистемахрадиосвязипомехоустойчивых

видовкодированияможносущественноснизитьнеобходимыезначенияОНШ,при

которыхреализуетсязаданнаявероятностьошибок

ОШ

Р (рис.6.44).Всвязисэтим

всесовременныеЦРРСПсодержатоднуилидвеступенипомехоустойчивогокоди

рования,благодарякоторымповышаетсяэнергетическийпотенциалсистемы.

7

-

6

-

5

-

4

-

3

-

ОШ

Р

дБh

К

,

0

2 4 6 8 10 12

QPSK

безкодирования

кодированиеСК

кодирование

СК+РС

8

=

СК

R

8

=

СК

R

СКсвёрточноекодирование;

РСкодированиекодомРидаСоломона

Рисунок6.44–Кривыепомехоустойчивостидляразличныхвидовискоростейко

дирования

6.10Качественныепоказателицифровыхрадиорелейныхлиний

6.10.1Показателинеготовности(ПНГ)цифровойаппаратуры

Качество тракта ЦРРЛ характеризуется следующими параметрами: вероят

ностьюошибок,проскальзыванием,фазовымдрожаниемизадержкой.Вероятность

ошибок

oш

P определяется,каквероятностьнеправильногоприемабитаинформации.

Проскальзывание  характеризуется изменением скорости данных изза выпадения

иливставок дополнительныхбит.Дрожание – отклонениеположениябитотноми

нального значения. Задержка характеризуется временем запаздывания цифрового

сигнала.

При использовании регенерации на ПРС вероятность появления ошибок на

РРЛравна суммевероятностей ошибок изза шумовна каждом ретрансляционном

интервале

( ) ( ) ( ) ( )

ош ш i ош ш ош ш ош ш n

P P P P +P P ... P P

1 2

= + +

å

n

i

(6.50)

гдеn –числоинтервалов.

ЕслинаПРСотсутствуетрегенерациясигналов,тошумынаотдельныхинтер

валахскладываютсяивероятностьпоявленияошибокнаРРЛсоставляет

( )

ош ш i ош ш ш ш n

P P P P +P ... P

1 2

æ ö

= + +

ç ÷

è ø

å

n

i

(6.51)

Поскольку вероятность ошибочного приема является быстро возрастающей

функциейотмощностишумов,поэтому

( )

ош ш i ош ш i

P P < P P

æ ö

ç ÷

è ø

å å

n n

i i

(6.52)

Однако при введении регенерациина ПРСвозрастаетсложность построения

станциизасчетвведениядемодулятора,регенератораимодулятора.Темнеменее,

принциппостроенияРРЛсрегенерациейсигналовявляетсянаиболеечастоисполь

зуемым.

ВкачествеэталонадляопределениякачественныхпоказателейЦРРЛисполь

зуется гипотетический эталонный цифровой тракт (ГЭЦТ). Протяженность ГЭЦТ

дляЦРРСПспропускнойспособностьюсвыше8,448Мбит/cсоставляет2500кмс9

пунктамиустановкиаппаратурырадиорелейнойсвязи.Коэффициентготовностита

коготрактасоставляет0,997(неготовность0,3%).Трактсчитаетсянаходящимсяв

состояниинеготовности,есливтечение,покрайнеймере,последних10снаблюда

етсялибопропаданиесигнала,либовероятностьошибкинабитпревышаетзначение

3

ош

P 10

= .НеобходимыеопределенияпоготовностиданывРек.G.827МСЭТ.

Причины, приводящие к неготовности аппаратуры: экранирующее влияние

препятствияприсубрефракции;влияниегидрометеоров(для

Р

6 ГГц > f );ненадеж

ностьаппаратуры;ошибкиобслуживающегоперсонала.ТрактРРЛсчитаетсявсо

стоянии готовности, если в этом состоянии находятся оба направления передачи.

Коэффициентготовностисистемыопределяетсякакотношениесуммарноговреме

ниготовности

гот

T втечениипериоданаблюдениякдлительностинаблюдения

наб

T

гот гот наб

k =T T (6.53)

Напрактикечащеиспользуетсякоэффициентнеготовностисистемы,который

определяетсякакотношениесуммарноговременинеготовности

негот

T втечениепе

риоданаблюдениякдлительностипериоданаблюдения

нег нег наб

k =T T (6.54)

Приэтом

гот нег

k +k =1. (6.55)

ОбщийкоэффициентнеготовностиРРЛопределяетсяформулой

нег 1 2 наб

k (T +T +T ) T

= , (6.56)

где

1

T и

2

T  время неготовности прямого и встречного стволов РРЛ; T

å



времянеготовностивобоихнаправлениях.

С учетом основных факторов, влияющих на неготовность РРЛ, можно запи

сать

нег нег.апп нег. ср нег. пит нег.эксп

k k k k k

= + + + , (6.57)

где

нег.апп нег. ср нег.пит нег. эксп

k , k , k , k

 коэффициенты неготовности вследствие

ненадежности аппаратуры, влияния среды распространения, ненадежности систем

эксплуатациииналичиянедостатковвэксплуатации.

Наибольшийвкладввеличину

нег

k вносятпервыедваслагаемые.Приисполь

зованиисистембесперебойногопитаниязначение

нег.пит

составляет

5 6

10 ...10

- -

(на

одноустройство).Значение

нег. эксп

можетбытьуменьшенозасчетсовершенство

вания системы эксплуатации и восстановления отказов. Часто

нег.ср

принимают

как

нег.норм

0.33 ,

нег.норм

норманакоэффициентнеготовностипроектируемойРРЛ

(табл.6.12)

Таблица6.12–Нормынапоказателинеготовности

№ Качестволиниисвязи ПНГ,%

1 Высокое

0,3 / 2500 £ L

Класс

1

0,033 280км) £ ( =L

2 Среднее

2

0,05 280км) £ ( =L

3

0,05 50км) £ ( =L

4

0,1 50км) £ ( =L

3 Качестволокальнойлиниисвязи

0,01...1 £

Коэффициент

нег.апп

,зависящийотнеготовностирадиорелейнойаппаратуры

идругихустройств,входящихвсоставРРЛ,рассчитываетсяпоформуле

( )

нег.апп В В

k =T T +T ,

(6.58)

где T среднеевремянаработкинаотказдуплексногостволаРРЛ;

В

T сред

неевремявосстановлениялинии(устранениеотказа).

Величина T многоинтервальной РРЛ зависитот качествастанцийиисполь

зуемой системы резервирования. Величина

В

T  складывается из времени обнару

женияиустранениянеисправности.

Согласно нормативных документов величина T (ч) для оборудования дуп

лексногостволаоднойстанциибезрезервасоставляет:приразвертываниивнутри

зоновойЦРРЛ T 60 000 ³ ;приразвертываниимагистральныхЦРРЛ T 70 000 ³ ;для

аппаратурыцифровыхсистемабонентскогораспределенияT 10 000 ³ .

Среднеевремявосстановления

В

T можетбытьпринято:дляРРЛ,работающих

в городе – 2…4 ч; вне города – 3…5 ч; вне городас оборудованием на антенных

опорах –6…12ч.

Величины T для блоков и устройств радиорелейной системы могут состав

лять(1…30)

5

(10 ) ч.

Порядокрасчета

нег.апп

зависитотконфигурацииРРЛ,наличияпостанцион

ногоилипоучастковогорезервирования,выбранногоспособаразмещенияоборудо

ваниянастанцииидр.

6.10.2.Показателикачествапоошибкам(ПКО)

Показатели качествапо ошибкамрадиосистемы цифровойсвязиотносятся к

тем промежуткам времени, в течение которых система находится в состоянии го

товности

ПризамиранияхсигналанаинтервалахРРЛиззасубрефракции,интерферен

цииидождейпроисходитуменьшениеуровнясигналанавходеприемникаприне

изменной величине мощности шумов приемника в результате чего увеличивается

вероятностьошибок

ош

P .Процентвремени,втечениикоторогосигналможетбыть

меньшеминимальнодопустимогозначенияопределяетсянормамиустановленными

на цифровые РРЛ. Требуемые нормы различаются по следующим показателям:

сильнопораженныесекунды(СПС)вслучаеглубокихзамиранийсигналанаинтер

валеиминуты пониженного качества (МПК)приотсутствииглубокихзамираний.

Дляслучаяглубокихзамиранийсигналавероятностьошибок,усредненнаяза1с,со

ставляет

3

ош доп

P 10

= .Онаможетбытьпревышенавтечениевременилюбогомеся

цанеболее,чемнавеличину,указаннуювтаблице6.13.Превышениеошибки

3

10

соответствуетсрывусвязинаЦРРЛ.

Для случая отсутствия глубоких замираний сигналавероятность ошибки ус

редненнаяза1миндолжнасоставлять

6

ош доп

P 10

= иможетпревышатьсявтечении

временилюбогомесяцанеболее,чемнавеличину,указаннуювтаблице6.13

ДляцифровыхРРЛприсущеярковыраженнаяпороговаязависимостьвероят

ностиошибокнавыходеРРЛотуровнясигналанавходеприемника.

Таблица6.13–Нормынапоказателикачествапоошибкам

Допустимый процент времени пре

вышений,%

Видсетисвязи Максимальная

протяженность,

км МПК СПС

Магистральная 2500

0,4 / 2500,% £ L 0,054 / 2500,% £ L

Внутризоновая 600

0,6 / 600,%

( 200 км)

L

0,18 / 600,% £ L

Местная 50 0,75

0,016 <

Процентвремени,втечениекотороговероятностьошибокнавыходеРРЛ,со

стоящийизn пролетов,превышаетвеличину

3

ош

P 10

= ,определяетсяпоформуле

( )

вн

min min вн j min

1 j=1

V T (V ) T (V ),

= +

å å

n

i

T

(6.59)

гдепервоеслагаемоеопределяетсязамираниямиполезныхсигналовнаинтер

валах; второе слагаемое определяется влиянием мешающих сигналов от внешних

источников.

СвязьнаРРЛсчитаетсяустойчивойпривыполнениинеравенств

( )

( )

min доп вн min

V T ,еслиT (V ) 0,

V 1,1T ,еслиT (V ) 0

£ =

£ ¹

T

T (6.60)

Расчетвеличины

( )

min

å

T проводитсяпометодике,принятойдляаналоговых

РРЛ. В этом случае минимально допустимый множитель ослабления сигналов по

абсолютномузначениюсоответствуетэнергетическому запасуназамирания(6.12)

( )

( )

min пр ср

t 20 lg(V ) ,дБ = = -

ОШ

P

V p p (6.61)

Приналичииинтерференционныхзамираний,влияющихнапоказателикаче

ства по ошибкам, часто производят расчет вероятности появления частотно

селективныхигладких (плоских)замираний.

Практикапоказывает,чтоучетчастотноселективныхзамиранийследуетпро

изводитьдляпротяженныхинтерваловс

о

R 20 ³ кмиприскоростяхпередачисвы

ше50Мбит/c.

Вероятностьпоявлениягладкихинтерференционныхзамираний(впроцентах)

изза отраженийрадиоволн отземной поверхности и тропосферы определяется на

основаниирекомендацииМСЭТ3384

d

инт кл 0

P K Q f R C = × × × ×

в

,%, (6.62)

где

кл

K  климатический фактор,равный

4

4,1 10

× длясухопутных районов;

, d в коэффициенты,равные1,5и2соответственно;C коэффициент,равный1при

умеренномклимате; Q факторусловийземнойповерхности,определяемыйизрис.

1.19;R

0

–длинаинтервала,км;f –рабочаячастота,ГГц.

Фактор Q=1,еслипролетпересеченныйиотражениямиотповерхностиЗемли

можнопренебречь.

Наосновании(6.62)могутбытьрассчитанызначенияСПСиМПКпоформу

лам:

( )

1

0,1 t

инт

СПС P 10

= ,%; (6.63)

( ) ( )

2 1

0,1 t 0,1 t

инт инт

МПК 5,5 P 10 0,5P 10

u u

é ù

= -

ê ú

ë û

,%, (6.64)

где

( )

1

t u ,

( )

2

t u  минимально допустимый множитель ослабления сигналов

дляP

ОШ

равных10

3

и10

6

соответственно.

Рассчитанные значения сравниваются с нормами. Обычно при выполнении

нормнаСПСнормынаМПКтакжевыполняются.Тогда

инт min

T (V ) = СПС .

Для повышения устойчивой связи на интервалах РРЛ кроме разнесенного

приема применяют адаптивные корректоры(эквалайзеры), которые компенсируют

искаженияАЧХтрактараспространениярадиоволниззачастотноселективныхза

мираний.Прииспользованииэтих устройствпроцентвремени,втечениекоторого

можетпревышатьсязначениеP

ОШ

=10

3

,снижаетсяв2…3раза.

6.10.3Методикарасчетапроцентавременинеустойчивостисвязиспо

мощьюнормализованнойсигнатуры

СуществующиеметодыпрогнозированияпоказателейкачестваРРЛосновы

ваются на знании характеристик трассы и параметров используемой аппаратуры.

Метод нормализованной сигнатуры позволяет определить процент времени неус

тойчивойсвязи(простоя)иззаинтерференцииволнвследствиеотражений оттро

посферыирассеянияотземнойповерхности.

СигнатураилиметкаЦРРСПпоустойчивостикзамираниямзависитотско

ростипередачиданныхпоканалу,видамодуляцииирабочегодиапазоначастот.Ве

личинусигнатурыконкретнойЦРРСПможноопределитьвлабораторныхусловиях