Повторное использование частот в каналах связи с минимальной частотной манипуляцией сигналов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

2006

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Радиофизика и радиотехника

№ 98(2)

УДК 621.391.266

ПОВТОРНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЧАСТОТ В КАНАЛАХ СВЯЗИ С МИНИМАЛЬНОЙ ЧАСТОТНОЙ МАНИПУЛЯЦИЕЙ СИГНАЛОВ

Д.Н. ЯМАНОВ, С.С. ЖАВОРОНКОВ Статья представлена доктором технических наук, профессором Логвиным А.И.

Проведен анализ влияния развязки между поляризационно-ортогональными каналами на помехоустойчивость приема сигналов с минимальной частотной манипуляцией.

Из всех видов частотно-манипулированных сигналов с непрерывной фазой сигналы с минимальной частотной манипуляцией (МЧМ) получили наибольшее распространение [1]. Выражение, описывающее сигнал МЧМ на k-м тактовом интервале имеет следующий вид:

p p k—1

s(t,Ck) = cos(wt + Ck—[t — (k — 1)T] + -XC„), t = [(k-1)T ... kT], (1)

2T 2 n =1

где Ck=[Ci, C2, ., Ck] - вектор информационных символов;

T - длительность тактового интервала.

Особенностью сигнала МЧМ является наличие межсимвольных связей, что позволяет получить выигрыш в помехоустойчивости за счет увеличения времени анализа до двух тактовых интервалов. Дальнейшее увеличение времени анализа сигнала МЧМ не приводит к росту помехоустойчивости [1].

В спутниковых, радиорелейных и других системах связи для уплотнения каналов применяется повторное использование частот (ПИЧ) [2]. Для реализации ПИЧ используется статическое поляризационное разделение каналов, основанное на применении фиксированных ортогональных поляризаций для разделения каналов (чаще всего используют горизонтальную и вертикальную поляризации либо круговые поляризации с разными направлениями вращения). Из-за неидеального согласования по поляризации приемной и передающей антенн, а также изменения параметров поляризации волны в канале связи за счет дестабилизирующих факторов поляризационная ортогональность каналов нарушается, что приводит к снижению помехоустойчивости.

Если передающая антенна настроена на излучение волны с эллиптической поляризацией, то горизонтальная и вертикальная составляющие вектора напряженности электрического поля определяются следующим образом [3]:

ex (t) = [cosфс cos0C + j sin фс sin 0c ]ejy(t,Ck)eJffl 1; ey(t) = [cosфс sin 0C — jsin фс cos0C]eJy(t,Ck)eJfflt,

где 9c - угол ориентации; фс - угол эллиптичности; фс - фаза сигнала МЧМ.

Напряжение на выходе приемной антенны с параметрами поляризации 9а, фа описывается следующим выражением [4]:

e (X Ck ) = [cos(jc — Фа ) cos(0c — 0 a ) + j sin(jc + Фа ) sin(0c — +¥(',Ck)] . (3)

Переходя к действительным мгновенным значениям, получаем:

еО, ск) = С08(фс - фа ) СО8(0с - 0а) совИ + у(^ Ск)] - (4)

- 8ІП(фс +фа)8ІП(0с + У(^ Ск )].

Предположим, что прием ведется по двум поляризационно-ортогональным каналам. Допустим, что антенна первого канала настроена на прием сигнала (2). Напряжение на выходе этой антенны Єі(^Ск) с учетом поляризационной расстройки Дф=фс-фа и Д9=9с-9а определяется выражением (4). Если антенна второго канала ортогональна по поляризации антенне первого канала, то вследствие поляризационной расстройки сигнал (2) будет создавать напряжение е2(^Ск) на выходе этой антенны, которое можно определить из (4), сделав замену 9а =9а+90°, фа

=-фа [4]:

е2(^ Ск ) = ^(фс + фа ) ^п(0с - 0а ) + У(^ Ск )] + (5)

+ ^Чфс фа ) сов(0с 0а ) ^п[®^- + У(^ Ск )].

Выражения (4) и (5) соответствуют напряжениям, создаваемым сигналом МЧМ на выходах антенн согласованных и ортогональных по поляризации с этим сигналом. Если по двум поляризационно-ортогональным каналам передаются разные сигналы МЧМ, то из-за отклонения параметров поляризации сигнала и настроенной на него антенны часть мощности этого сигнала будет попадать во второй канал, являясь помехой в этом канале. Отношение мощностей на выходах антенн характеризует степень развязки между поляризационно-ортогональными каналами. В случае приема сигнала на N тактовых интервалах развязку можно определить с помощью следующего отношения:

ыт

'2(1, Ск ‘П2

0

| м*, Ск )]2 л

0___________________

ят

1 [ві(і, Ск )]2 Л

с = N-----------------------. (6)

2

к

0

На рис. 1, 2 приведены результаты расчета развязки для различных случаев статического поляризационного разделения каналов. Из приведенных зависимостей видно, что с увеличением рассогласования по поляризации (Д9=9с-9а и Дф=фс-фа) развязка ухудшается. При использовании горизонтальной и вертикальной поляризации (рис. 1) развязка зависит от двух параметров поляризации, а в случае круговых поляризаций разного направления вращения (рис. 2) развязка определяется только рассогласованием по углу эллиптичности.

Следствием ухудшения развязки между каналами является увеличение уровня взаимных помех, что приводит к снижению помехоустойчивости приема. Рассмотрим влияние рассогласования по углу ориентации каналов с горизонтальной и вертикальной поляризациями на вероятность ошибки приема двухпозиционных сигналов МЧМ. В этом случае напряжение на выходе антенны одного из каналов в соответствии с выражениями (4) и (5) имеет следующий вид:

б(1:, С1к ) = соб(Д0) соб[ю1 + у 1 (1, С1к )] + бш(Д0) соб[ю1 + у 2 (1, С2к )] + п(1:), (7)

где у^, С1к) и у2(1 С2к) - фазы сигналов МЧМ основного и мешающего каналов, которые изменяются в соответствии с передаваемыми последовательностями информационных символов С1к и С2к соответственно;

п(1) - белый гауссовский шум со спектральной плотностью N0.

1

Дф=3° 1 ^- Г 1

лф=0°

;

1

0 1 2 3 4 5 6

Д0? град

Рис. 1. Зависимости развязки между каналами с горизонтальной и вертикальной поляризациями от рассогласования по углу ориентации

С, дБ -15

-20

-25

-30

-35

-40

-45

-50

ДЄ=0\ 3°

1

Д<р, град

Рис. 2. Зависимости развязки между каналами с круговыми поляризациями правого и левого направлений вращения от рассогласования по углу эллиптичности

Анализ взаимного влияния каналов будем проводить для приема в целом на двух тактовых интервалах детерминированных сигналов МЧМ. На рис. 3 приведена зависимость отношения вероятности ошибки при поляризационном рассогласовании ре к этому же показателю при полном согласовании по поляризации ре0 от величины поляризационного рассогласования по углу ориентации, полученная в результате моделирования одновременной передачи двух независимых сигналов МЧМ по указанным выше каналам при отношении сигнал/шум д=2Е/К0=10.

РеФе0 1-25 1.2

1.15

1.1

1.05

1 с 0

Рис. 3. Зависимость относительного изменения вероятности ошибки от рассогласования каналов с горизонтальной и вертикальной поляризациями по углу ориентации

Ухудшение помехоустойчивости вследствие недостаточной развязки между каналами эквивалентно уменьшению отношения сигнал/шум в канале. Для рассматриваемого случая зависимость относительного изменения вероятности ошибки от отношения сигнал/шум приведена на рис. 4. Здесь ре0 - вероятность ошибки при отношении сигнал/шум д=2Е/гЫ0=10. Указанная зависимость получена на основе численного расчета вероятности ошибки [1].

На основе анализа зависимостей, приведенных на рис. 1 и рис. 3, можно оценить влияние развязки между каналами на помехоустойчивость приема сигналов МЧМ для рассматриваемого случая (рис. 5).

Из приведенных зависимостей следует, что поляризационное рассогласование каналов с горизонтальной и вертикальной поляризациями по углу ориентации на три градуса соответствует развязке между ними 25 дБ, что эквивалентно уменьшению отношения сигнал/шум в канале связи с сигналом МЧМ на 0.15 дБ, т.е. при такой развязке мешающий сигнал оказывает незначительное влияние на помехоустойчивость приема.

Рис. 4. Зависимость относительного изменения вероятности ошибки приема сигнала МЧМ от отношения сигнал/шум

Рис. 5. Влияние развязки между каналами с горизонтальной и вертикальной поляризациями на помехоустойчивость приема сигналов МЧМ

ЛИТЕРАТУРА

1. Емельянов П.Б., Парамонов А.А. Дискретные сигналы с непрерывной фазой // Зарубежная радиоэлектроника, 1990. - №12, с. 17-34.

2. Спилкер Дж. Цифровая спутниковая связь.: Пер. с англ./ Под ред. Макарова В.В. - М.: Связь, 1979.

3. Гусев К.Г., Филатов А.Д., Сополев А.П. Поляризационная модуляция. - М.: Сов. радио, 1974.

4. Гусев К.Г. Поляризационная модуляция. - Харьков: ХВКИУ, 1968.

REUSE OF FREGUENCIES IN COMMUNICATION CHANNELS WITH THE MINIMUM SHIFT

KEYING SIGNALS

Jamanov D.N., Zhavoronkov S.S.

The analysis of influence of mismatch between orthogonal polarization channels on probability of a mistake of reception of the minimum shift keying signals.

Сведения об авторах

Яманов Дмитрий Николаевич, 1952 г.р., окончил МИИГА (1978 г.), кандидат технических наук, доцент МГТУ ГА, 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.