CC BY
90
серия Радиофизика и радиотехника
УДК 621.391.266
ДИНАМИЧЕСКОЕ ПОЛЯРИЗАЦИОННОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ КАНАЛОВ
В статье рассматривается новый вид разделения каналов - динамическое поляризационное разделение, позволяющий реализовать более двух независимых каналов в совмещенной полосе частот. Представлено устройство разделения каналов, проведена оценка развязки между каналами.
В настоящее время широко применяется в спутниковых, радиорелейных и других системах связи повторное использование частот (ПИЧ). К достоинствам систем связи с ПИЧ можно отнести следующее [1, 2]:
- более эффективное использование спектра рабочих частот;
- увеличение пропускной способности линий связи;
- использование общего оборудования для обоих потоков информации (облучателей и других элементов антенно-волноводных трактов);
- улучшение диапазонных свойств элементов СВЧ трактов;
- упрощение решения проблемы электромагнитной совместимости.
Статическое поляризационное разделение каналов основано на использовании фиксированных ортогональных поляризаций и позволяет реализовать два независимых канала в общей полосе частот. Существенно улучшить эффективность ПИЧ позволяет динамическое поляризационное разделение каналов. Для реализации данного метода используется сопряжение поляризационной манипуляции с непрерывным изменением параметров поляризации (ПМН) и частотной манипуляции с непрерывной фазой (ЧМНФ).
Особенностью ПМН и ЧМНФ сигналов является наличие межсимвольных связей, получаемых за счет непрерывного изменения информационных параметров (углов ориентации и эллиптичности ПМН сигнала и фазы ЧМНФ сигнала), что позволяет повысить помехоустойчивость приема при увеличении времени анализа [3, 4]. Образованный при сопряжении этих двух сигналов ПМН-ЧМНФ сигнал сохраняет указанные свойства изменения информационных параметров, кроме того, позволяет осуществить разделение каналов за счет совместного использования параметров ПМН и ЧМНФ сигналов.
Законы изменения информационных параметров ПМН-ЧМНФ сигнала могут быть различными. В частном случае, при их линейном изменении, запись ПМН-ЧМНФ сигнала на двойной комплексной плоскости [5] для к-го тактового интервала имеет следующий вид:
Д.Н. ЯМАНОВ, С.С. ЖАВОРОНКОВ
Статья представлена доктором технических наук, профессором Логвиным А.И.
рЬ (п к-1
Є(і С„,С„, Сш) = ехр[ - 1І(Є І-Ї-1 - С рЬ„(к -1) + рЬ„Xс )] х
Т І=1
рЬ к 1
х ехр[і(сФк —ти г - сФк рЬи(к -1) + рЬи X сФі)] х Т І=1
(1)
рЬ ш к-1
Х ЄХР [ (С у — 1 - С у рЬ ш(к - 1) + рЬ ш X С у )],
Т І=1
г = [(к - 1)т ... кт],
информационных символов, определяющие законы изменения углов ориентации,
эллиптичности ПМН сигнала и фазы ЧМНФ сигнала соответственно;
Ие, Иф - индексы поляризационной манипуляции для углов ориентации и эллиптичности;
- индекс частотной манипуляции;
Т - длительность тактового интервала.
Информационные символы в выражении (1) могут принимать значения ±1, ±3, ±5, ... .
Выражения для горизонтальной и вертикальной составляющих ПМН-ЧМНФ сигнала определяются из (1) следующим образом [5]:
ех(г>Си.Сф.Сш) = Яе, КеДёО,Си,Сф,Сш)]; ёу&Си,Сф,Сш) = 1т1 ^[ё0,Си,Сф,Сш)]. (2)
Для разделения каналов параметры поляризации ПМН-ЧМНФ сигнала изменяются в соответствии с известными на приемной стороне последовательностями символов Се, Сф длительностью N тактовых интервалов. Передача полезной информации осуществляется информационными символами ЧМНФ сигнала. Для реализации нескольких независимых каналов в общей полосе частот используются ПМН-ЧМНФ сигналы с различными последовательностями символов Се, Сф. Выделение потока данных в каждом канале осуществляется по схеме, представленной на рис. 1.
Рис. 1. Устройство обработки ПМН-ЧМНФ сигнала
На рис. 1 обозначено: 1 - антенно-фидерный тракт с изменяющимися параметрами поляризации в соответствии с последовательностью символов Се, Сф; 2 - блок перемножителей; 3 -блок интеграторов; 4 - решающее устройство. Параметры поляризации антенно-фидерного тракта (АФТ) с приходом полезного сигнала начинают изменяться по закону, определяемому последовательностями символов Се, Сф ПМН-ЧМНФ сигнала. Этим обеспечивается совпадение параметров поляризации принимаемого полезного сигнала и антенны, прием в этом случае будет происходить без поляризационных потерь [5]. Сигнал на выходе АФТ имеет следующий вид:
иО) = б(0 + £ х„0)
п=1
ри ш к-1
где э^) = ео8(юt + С¥к----1 - Су рИш(к -1) + рИш£ Су) - полезный ЧМНФ сигнал;
к Т к 1=1 1
Ь - количество каналов в общей полосе частот;
хп^) - ПМН-ЧМНФ сигналы соседних каналов.
Сигнал с выхода антенны поступает на вход приемника ЧМНФ сигнала, который осуществляет прием в целом на N тактовых интервалах в соответствие с алгоритмом [3]:
N1 N1 Ь N1
Ь = тах( |Сщ )й) = тах( |Сщ ДО + £ |хп (t, Сш. )g(t, Сщ )dt), (4)
1 0 1 0 п=1 0
где g(t, С^) - опорный ЧМНФ сигнал 1-го канала приемника (1 = М^.
Как следует из алгоритма (4), приемник ЧМНФ сигнала строится по многоканальной схеме, в каждом канале приемника вычисляется коэффициент корреляции между входным сигналом и опорной последовательностью длительностью N тактовых интервалов. Решение принимается в пользу той последовательности, коэффициент корреляции для которой наибольший.
ПМН-ЧМНФ сигналы соседних каналов будут создавать дополнительные напряжения на выходах интеграторов, определяемые вторым слагаемым выражения (4), которые будут снижать помехоустойчивость приема. Для устранения взаимного влияния каналов необходимо выполнение условия псевдоортогональности:
N1
I Хп(^ Сш.М^ Сщ ДО @ 0
0
1 = 1,2, ...,М^ (5)
] = 1, 2, ...,М^ п = 1, 2, ...,Ь,
где М - основание кода информационных символов С¥.
Можно подобрать такие последовательности символов Се, Сф, при которых условие (5) выполняется для любых комбинаций информационных символов опорного и мешающего сигналов. Возможность передачи нескольких независимых сообщений заключается в выборе последовательностей Се, Сф при выполнении условия их взаимной псевдоортогональности, т.е. условие (5) должно выполняться для любых пар передаваемых ПМН-ЧМНФ сигналов в общей полосе частот.
Учитывая, что можно выбрать ПМН-ЧМНФ сигналы с различными законами изменения параметров сигналов, а также с различными индексами манипуляции (как частотной, так и поляризационной) и различными начальными значениями параметров поляризации, то выбор псевдоортогональных последовательностей Се, Сф является сложной задачей для приема в целом более чем на трех тактовых интервалах.
Развязку между каналами можно оценить на основе анализа влияния поляризационного рассогласования каналов на помехоустойчивость приема ЧМНФ сигналов. Определим взаимное влияние двух каналов с сигналами МЧМ (Ьу=0.5) при реализации динамического поляризационного разделения указанных каналов. Рассмотрим случай приема сигналов МЧМ в целом на двух тактовых интервалах на фоне полностью неполяризованной помехи типа белого шума со спектральной плотностью ^. Для разделения каналов используем следующие последовательности символов Се, определяющих закон изменения угла ориентации: [3; -3] для первого канала и [-3; 3] для второго. Индекс манипуляции угла ориентации для обоих каналов Ье=0.5. На рис. 2 приведена зависимость отношения вероятности ошибки приема сигнала МЧМ при поляризационном рассогласовании ре к этому же показателю при полном согласовании по поляризации ре0 от величины поляризационного рассогласования по углу ориентации Де (кривая 1). Также на рис. 2 приведена аналогичная зависимость для статического поляризационного разделения каналов с горизонтальной и вертикальной поляризациями (кривая 2) [6]. Приведенные зависимости получены путем моделирования одновременной
передачи по указанным выше каналам независимых сигналов МЧМ при отношении сигнал/шум Я=2Ето=10.
Ре/Ре 1-25
1.2
1.15
1.1
1.05
2
1 - п
Г-""'
Д0,град
Рис. 2. Зависимости относительного изменения вероятности ошибки от рассогласования по углу ориентации для статического и динамического поляризационного разделения каналов с сигналами МЧМ
Как следует из рис. 2, при наличии поляризационного рассогласования каналов помехоустойчивость при динамическом поляризационном разделении каналов ухудшается значительно меньше, чем при статическом поляризационном разделении. При идеальных условиях приема рассогласование между каналами по углу ориентации на три градуса для динамического поляризационного разделения каналов эквивалентно уменьшению отношения сигнал/шум в канале на 0.02 дБ, что соответствует развязке между каналами -45 дБ [6], а для статического - на 0.26 дБ, развязка в этом случае составляет -23 дБ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Родимов А.П., Поповский В.В. Статистическая теория поляризационно-временной обработки сигналов и помех. - М.: Радио и связь, 1984.
2. Спилкер Дж. Цифровая спутниковая связь.: Пер. с англ./ Под ред. Макарова В.В. - М.: Связь, 1979.
3. Емельянов П.Б., Парамонов А.А. Дискретные сигналы с непрерывной фазой // Зарубежная радиоэлектроника, 1990, №12, с. 17-34.
4. Яманов Д.Н., Поляков П.В. Оптимальный прием детерминированных поляризационно-манипулирован-ных сигналов с непрерывным изменением параметров поляризации при времени анализа, равном двум тактовым интервалам // Методы и средства дистанционного радиозондирования: Межвуз. сб. научн. трудов. - М.: МГТУ ГА, 1997.
5. Гусев К.Г., Филатов А.Д., Сополев А.П. Поляризационная модуляция. - М.: Сов. радио, 1974.
6. Яманов Д.Н., Жаворонков С.С. Повторное использование частот в каналах связи с минимальной частотной манипуляцией сигналов (В данном Вестнике).
DYNAMIC POLARIZATION DIVISION OF CHANNELS
Jamanov D.N., Zhavoronkov S.S.
In clause the new kind of division of shannels - the dynamic polarizing division is considered, allowing to realize more than two independent channels in the combined strip of frequencies. The scheme of division of channels is presented, the condition of division is certain.
Сведения об авторах
Яманов Дмитрий Николаевич, 1952 г.р., окончил МИИГА (1978), кандидат технических наук, доцент, автор 85 научных работ, область научных интересов - радиосвязь.
Жаворонков Сергей Сергеевич, 1982 г.р., окончил МГТУ ГА (2004), аспирант МГТУ ГА, область научных интересов - радиосвязь.
