CC BY
23
2014
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУГА
№ 209
УДК 621.391.266
СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛЯРИЗАЦИОННО-МАНИПУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ С НЕПРЕРЫВНЫМ ИЗМЕНЕНИЕМ ПАРАМЕТРОВ ПОЛЯРИЗАЦИИ
П.В. АНИКИН, С.С. ЖАВОРОНКОВ, Д.Н. ЯМАНОВ
Статья представлена доктором технических наук, профессором Нечаевым Е.Е.
В статье проведен анализ спектральных характеристик поляризационно-манипулированных сигналов с непрерывным изменением угла ориентации. Определены значения обобщенного коэффициента глубины модуляции и ширины энергетического спектра для данного вида сигналов при различных индексах поляризационной манипуляции.
Ключевые слова: спектральные характеристики, коэффициент модуляции, энергетический спектр.
Поляризационно-манипулированные сигналы с непрерывным изменением параметров поляризации (ПМН) являются одним из перспективных видов сигналов для систем передачи дискретной информации [4-7]. Запись ПМН сигнала в общем виде на двойной комплексной плоскости имеет следующий вид [1; 6]
ё(1,0,ф) = ехр[ -1] 0(1,Св )]ёхр[1 ф(1,С ф )]ехр|](ю 1)], (1)
где 0(1,Св), ф(1;,Сф) - углы ориентации и эллиптичности соответственно;
Св = [С 01 ,С 02, ...,С 0м ], С ф= [С ф ,С ф , ...,С ф ] - векторы информационных символов,
определяющие законы изменения углов ориентации и эллиптичности соответственно.
Информационные символы в выражении (1) могут принимать значения ±1, ±3, ±5...
Выражения для горизонтальной и вертикальной составляющих ПМН сигнала определяются из (1) следующим образом [1; 6]:
ёх(1,0,ф) = Яё! Яё] [ё(1,0,ф)]; ёу(1,0,ф) = 1ш; Яё] [ё(1,0,ф)]. (2)
В выражении (2) Яё., 1ш1 означают вещественную и мнимые части в пространственной комплексной плоскости (1, 1), а Яё] - вещественную часть во временной комплексной плоскости (1, ] [1]. Как следует из (1), (2), у ПМН сигналов может быть как один информационный параметр (0 или ф), так и два (0 и ф). В данной статье рассматриваются ПМН сигналы с непрерывным изменением угла ориентации (ПМН0).
В общем случае параметры поляризации могут изменяться по различному закону (линейному, гармоническому и др.), в случае линейного закона изменения угла ориентации горизонтальная и вертикальная составляющие ПМН0 сигнала на к-м тактовом интервале с учетом (2) записываются в следующем виде [4]:
лй к-1
ёх (1,0) = ес8[С0к —01 - С0к^0(к -1) + ^0^ С0. ]ес8(ш 1);
1 (3)
лЪ к-1 4 У
ёу (1,0) = бш[С 0к —01 - С0к яЬ 0 (к -1) + ^ к0 2 С 0. ] соб(ш 1), 1 1=1 где Ь0 - индекс поляризационной манипуляции; Т - длительность тактового интервала.
Электромагнитная волна с переменными параметрами поляризации определяется двумя проекциями на оси поляризационно-ортогонального базиса. Спектральный состав двухмерных ПМН сигналов оказывается значительно сложнее, чем спектры манипулированных одномерных сигналов.
Спектральные характеристики поляризационно-манипулированных
109
Для анализа спектральной эффективности ПМН сигналов целесообразно определить обобщенный коэффициент глубины модуляции т0, под которым понимают отношение энергии боковых полос модулированного колебания к энергии немодулированного колебания [2]. В связи с тем что при поляризационной манипуляции энергия сигнала остается неизменной, обобщенный коэффициент глубины модуляции можно представить в следующем виде
| Gx(ю)dю + |Gy(ю)dю -1
. - Г
х0 У0
(4)
где ОХ(ш^ш, Оу(ш^ш - энергетические спектры соответствующих боковых составляющих
колебания в линейно-ортогональном базисе разложения; 1Х0, ту0 - энергии соответствующих
нулевых гармоник составляющих колебания; I2 - энергия несущего колебания.
Обобщенный коэффициент глубины модуляции представляет собой параметр, характеризующий перераспределение энергии по спектру двухмерного сигнала. Чем выше коэффициент т0, т.е. чем ближе он приближается к единице, тем меньше энергии остается на нулевой гармонике.
Рис. 1. Зависимость ширины энергетического спектра двухпозиционных ПМНе сигналов от индекса поляризационной манипуляции
Кроме оценки величины т0, необходимо учитывать ширину энергетического спектра ПМНе сигнала. Путем численного расчета по методике, изложенной в [2; 3; 5], был вычислен энергетический спектр ПМНе сигналов, содержащий 99,9% энергии сигнала. На рис. 1 приведены зависимости ширины спектра от индекса поляризационной манипуляции для двухпозици-онных ПМНе сигналов с изменением угла ориентации по линейному закону. Как следует из приведенных зависимостей, с увеличением индекса поляризационной манипуляции спектр ПМНе сигналов расширяется.
В табл. 1 приведены значения обобщенного коэффициента глубины модуляции и ширины энергетического спектра ПМНе сигналов для различных индексов поляризационной манипуляции Ье.
оо
оо
т0 =
I
110
П.В. Аникин, С.С. Жаворонков, Д.Н. Яманов
Таблица 1
Спектральная эффективность ПМНе сигналов
he m0 AFT
0.3 0.072 1.01
0.6 0.264 1.51
0.9 0.513 2.09
1.2 0.746 2.32
1.5 0.91 2.99
1.8 0.988 3.23
2.1 0.998 3.83
2.4 0.976 4.02
2.7 0.956 4.27
3.0 0.956 5.85
Как следует из приведенных в табл. 1 данных, величина обобщенного коэффициента глубины модуляции существенно зависит от индекса поляризационной манипуляции. Однако, начиная со значения h е=1.8, величина m0 приближается к единице и практически не изменяется с увеличением he. В этом случае у ПМНе сигнала значительно уменьшается энергия на нулевой гармонике, что можно использовать для повышения помехоустойчивости приема ПМНе сигналов на фоне узкополосных помех фиксированной поляризации.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гусев К.Г., Филатов А.Д., Сополев А.П. Поляризационная модуляция. - М.: Сов. радио, 1974.
2. Гусев К.Г. Поляризационная модуляция. - Харьков: ХВКИУ, 1968.
3. Ермаков С.М., Михайлов Г.А. Курс статистического моделирования. - М.: Наука, 1976.
4. Жаворонков С.С., Яманов Д.Н. Многопозиционные сигналы с поляризационной манипуляцией // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Радиотехника и радиофизика. - 2007. - № 112. - С. 52-56.
5. Яманов Д.Н., Жаворонков С.С. Анализ спектральных характеристик сигналов с непрерывной поляриза-ционно-частотной манипуляцией // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Радиотехника и радиофизика. - 2006. - № 98. - С. 51-54.
6. Жаворонков С.С., Яманов Д.Н. Поляризационная манипуляция с непрерывным изменением параметров поляризации по гармоническому закону // Научный Вестник МГТУ ГА. - 2010. - № 158. - С. 133-136.
7. Яманов Д.Н., Жаворонков С.С. Помехоустойчивость поляризационно-манипулированных сигналов с непрерывным изменением параметров поляризации по гармоническому закону // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Радиотехника и радиофизика. - 2007. - № 112. - С. 47-51.
SPECTRAL CHARACTERISTICS OF SIGNALS WITH CONTINUOUS POLARIZATION SHIFT KEYING
Anikin P.V., Zhavoronkov S.S., Jamanov D.N.
Results of the analysis of the spectral characteristics of signals with polarization shift keying with continuous sequential change of the angle of orientation are given. The values of the generalized coefficient of modulation depth and width of the energy spectrum for the polarized signals with different polarization index manipulation are dealt with.
Keywords: spectral characteristics, coefficient of modulation, energy spectrum.
Сведения об авторах
Аникин Павел Валерьевич, 1980 г.р., окончил МГТУ ГА (2007), аспирант МГТУ ГА, автор 2 научных работ, область научных интересов - радиосвязь.
Жаворонков Сергей Сергеевич, 1982 г.р., окончил МГТУ ГА (2005), кандидат технических наук, автор 21 научной работы, область научных интересов - радиосвязь.
Яманов Дмитрий Николаевич, 1952 г.р., окончил МИИГА (1978), кандидат технических наук, профессор кафедры технической эксплуатации радиоэлектронного оборудования воздушного транспорта МГТУ ГА, автор 98 научных работ, область научных интересов - радиосвязь.
