Р 061-2017 Применение современных видов модуляции и организация обмена информацией в радиоканальных системах передачи извещений. Методические рекомендации

1 Термины и сокращения

2 Введение

3 Алгоритмы и методы модуляции, применяемые в РСПИ

4 Много-позиционные и комбинированные методы модуляции

5 Современные методы организации радиосвязи

6 Сравнительный анализ различных методов

7 Обзор и анализ элементной базы для реализации современных методов модуляции в РСПИ на отечественном и зарубежном рынке

8 Заключение. Критерии оценки и выбор оптимального метода модуляции

9 Список использованной литературы




KTSO-DOC.RU - Документация на технические средства охраны



8 Заключение. Критерии оценки и выбор оптимального метода модуляции


В сущности любого вида модуляции лежит зависимость между скоростью передачи информации, ширина полосы канала и соотношения сигнал/шум. Данные параметры между собой связывает фундаментальная формула Шеннона

где:
Vпер - максимальная скорость передачи информации;
ΔF - ширина полосы канала передачи информации;
Рс - средняя мощность сигнала;
Рш - мощность шума.

Из этой формулы следует, что с ростом скорости передачи информации необходимо увеличивать ширина полосы канала передачи информации (что мы наблюдаем при анализе любого вида модуляции).

Параметры по скорости передачи информации, ширине полосы канала, и значения соотношения сигнал/шум (в общем случае -дальность действия РСПИ) можно взаимно обменивать друг на друга.

Таким образом, разумно обменивать скорость передачи информации на соотношения сигнал/шум. Обычно ширина полосы канала фиксированная и средняя мощность сигнала (а значит и соотношение сигнал/шум) регламентируется соответствующими нормами связи и не может изменяться разработчиком РСПИ.

Исходя из вышесказанного, рациональным решением при построении протокола в РСПИ является разбиение зоны действия РСПИ на несколько зон. Передача информации в ближней зоне действия должна осуществляться с максимальной скоростью, в средней зоне скорость необходимо снизить в 2 раза, в дальней зоне - в 4 раза. Разумеется, низкочастотные фильтры в детекторе приемника должны быть согласованы со скоростью передачи информации от каждой зоны РСПИ.

Необходимо отметить, что формула Шеннона не учитывает вопросы физической реализации вида модуляции (амплитудная, частотная и т.д.) и возможность использования помехозащищенного кодирования. Поэтому использования треллис-модуляции (сочетания QAM с помехозащищенном кодированием) обеспечит наилучшую помехозащищенность в РСПИ.

При использовании помехозащищенного кодирования рационально выбрать относительную скоростью кода (R) в диапазоне от (7/8 - 1/3).

Примечание. При использовании модуляции методом прямой последовательности для расширения спектра - DSSS относительная скорость кода может быть и значительно больше приведенного выше значения.

Взаимосвязанным параметром со значением сигнал/шум является параметр BER.

Например, для передачи речи принимается уровень BER 10-3. В РСПИ принят уровень BER порядка (10-5 - 10-6).

В реальных РСПИ полоса частот, занимаемая радиосигналом всегда имеет ограниченное значение. Это необходимо делать хотя бы для исключения интерференции с иными системами связи. Имеются нормативные акты, регулирующие распределение частотного ресурса, при частотном разделении пользователей необходимо обеспечить отсутствие интерференции между ними, ограничены возможности полосы аппаратуры и др.

Исключение составляют сверхширокополосные системы связи (UWB). Хотя и для них полоса ограничена значением несколько ГГц. На данном этапе развития систем UWB передача в них осуществляется короткими (менее 1нс) импульсами гауссовой формы, а модуляция - изменением положения импульса во времени. Вопрос выбора оптимального метода модуляции в рассматриваемом здесь ключе для систем UWB не ставится.

Таким образом, задачу выбора оптимального метода модуляции при проектировании систем передачи информации по радиоканалу можно сформулировать следующим образом: для заданной ширины полосы сигнала ΔF, заданного максимального значения вероятности ошибки на бит BER-max необходимо определить оптимальный (обеспечивающий максимальную скорость приёма-передачи) вид модуляции (и число позиций модуляции) и максимальную скорость передачи данных в зависимости от отношения сигнала к спектральной плотности шума.

На рисунке 19 приведён пример выбора оптимального метода модуляции для следующих начальных данных радиосистемы:
- значение вероятности ошибки BER 10-4;
- полоса сигнала 10 МГц;
- протокол передачи данных без кодирования;
- фильтр «корень из приподнятого косинуса».

Реализация данного метода выбора оптимального алгоритма модуляции довольно сложна, так как прямое измерение соотношения мощности сигнала к спектральной плотности шума приемником - трудоемкая задача. Она требует измерения уровня сигнала с большим динамическим диапазоном и уровня шума, калибровки. Гораздо проще на приемном конце измерить BER, передавая известную приемнику последовательность. Если известен BER, то для текущего вида модуляции легко получить величину Eb/N0 используя вычисленные заранее с помощью компьютерного статистического моделирования зависимости BER от Eb/N0, записанные в память приемника (наиболее известные из программ моделирования - AWR Design Environmen, Microwave Office и д.р.). Вообще же выбор оптимального вида модуляции всегда является компромиссом исходя из различных факторов и технических возможностей. Поэтому перед разработчиком всегда должен стоять вопрос о приоритетных задачах стоящих, перед вновь разрабатываемой РСПИ. Иногда определяющим таким фактором может быть время и стоимость разработки РСПИ. Тогда оправданным может быть использование FSK-модуляции (особенно если при этом скорость передачи информации не превышает 1200 - 2400 бод и РСПИ имеет среднюю емкость по количеству охраняемых объектов).

 



Рис. 19 Пример выбора оптимального метода модуляции

 

Применение QPSK - модуляции оправдано при необходимости получить максимальную дальность действия при умеренных затратах на разработку РСПИ.

Комбинированные методы модуляции оправдано использовать при наличии нескольких критических факторов (например: большая емкость РСПИ и значительная дальность действия РСПИ).

Новые методы организации связи, в первую очередь DSSS, FHSS и OFDM, целесообразно использовать при необходимости иметь значительную емкость системы или необходимости передавать большие объемы информации. Весомым аргументом при использовании этих видов связи является требование устойчивости к преднамеренному подавлению и скрытности передаваемой информации.

Многоуровневые виды модуляции позволяют повысить скорость передачи информации при заданных параметрах канала передачи, однако уровень помехозащищенности РСПИ при этом снижается пропорционально значению количеству позиций модуляции. Это наглядно продемонстрируют диаграммы сигнальных созвездий на рис.5. Чем ближе в пространстве находятся точки сигнального созвездия между собой, тем ниже помехоустойчивость метода модуляции.

Комбинированные методы модуляции позволяют максимально далеко разнести точки сигнального созвездия, чем и объясняется их лучшая помехозащищенность. При ограничении по занимаемой полосе частот в канале и использовании стандартных видов модуляции типа FSK стоит обратить внимание на такие виды модуляции как GFSK и GMSK, однако из-за малого индекса модуляции (m) данные виды модуляции проигрывают по помехоустойчивости.

Если рассматривать данные виды модуляции по критерию стоимости, то следует отметить, что наиболее дешевыми по реализации являются амплитудные виды модуляции, затем следует частотные виды модуляции. Фазовые и комбинированные виды модуляции близки между собой по стоимостным показателям.

По критерию цена/качество между частотными и амплитудными видами модуляции преимущество находится за частотными видами модуляции. Незначительный рост стоимости реализации частотных видов модуляции дает существенный выигрыш по качеству связи по сравнению с амплитудными видами модуляции.

По критерию цена/качество между фазовыми и комбинированными видами модуляции преимущество находится за комбинированными видами модуляции типа QAM.

Реализация различных видов модуляции в РСПИ возможно, как на базе отечественной элементной базы, так и с использованием иностранных комплектующих. Следует отметить, что номенклатура иностранных комплектующих значительно превышает отечественную.




Далее >>>