ITU-R F 106-2 SPANISH-1999 The use of diversity for voice-frequency telegraphy on HF radio circuits《高频(HF)无线电路中音频电报用途的多样性》.pdf

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1、 Rec. UIT-R F.106-2 1 RECOMENDACIN UIT-R F.106-2*Uso de diversidad para telegrafa armnica en circuitos radioelctricos de ondas decamtricas (1953-1970-1999) La Asamblea de Radiocomunicaciones de la UIT, considerando a) que, de utilizarse dispositivos de telegrafa armnica en circuitos radioelctricos q

2、ue funcionen en frecuencias inferiores a unos 30 MHz, la calidad de servicio obtenida sin diversidad es, por lo general, insuficiente; b) que, en presencia de desvanecimiento, la recepcin por diversidad en el espacio o de polarizacin y la recepcin por diversidad de frecuencia mejoran en el mismo gra

3、do la calidad de recepcin de las seales telegrficas transmitidas por un circuito radioelctrico; c) que la diversidad de frecuencia es generalmente eficaz, a condicin de que la diferencia entre las frecuencias de los dos canales conectados en diversidad sea superior a 400 Hz; d) que la recepcin por d

4、iversidad en el espacio o de polarizacin requiere para cada canal telegrfico una anchura de banda dos veces menor y menos potencia de emisin que la recepcin por diversidad de frecuencia, pero exige, en general, ms equipo, recomienda 1 que en los sistemas de telegrafa armnica en circuitos radioelctri

5、cos que utilicen frecuencias inferiores a 30 MHz, aproximadamente, se emplee la recepcin por diversidad en cada canal telegrfico; 2 que, siempre que sea posible, se utilice la recepcin por diversidad en el espacio o, eventualmente, diversidad de polarizacin con preferencia a la recepcin por diversid

6、ad de frecuencia; 3 que, para obtener un efecto de diversidad suficiente, en el caso de la diversidad de frecuencia, la separacin entre las frecuencias de los canales combinados sea, por lo menos, de 400 Hz; 4 que para obtener ms informacin sobre las tcnicas de diversidad se consulte el Anexo 1. ANE

7、XO 1 Utilizacin de diversidad de codificacin 1 Introduccin Es preciso establecer sistemas de transmisin de datos por ondas decamtricas para proporcionar un servicio fiable y eficiente con mdems multicanales de multiplaje por divisin de frecuencia (MDF), como los descritos en esta Recomendacin, o con

8、 mdems multicanal de modulacin por _ *La Comisin de Estudio 9 de Radiocomunicaciones efectu modificaciones de redaccin en esta Recomendacin en 2001 de conformidad con la Resolucin UIT-R 44. 2 Rec. UIT-R F.106-2 desplazamiento de fase (MDP) como los que se describen en la Recomendacin UIT-R F.763. Pa

9、ra compensar el efecto desfavorable del fenmeno de desvanecimiento selectivo del medio de transmisin, se utilizan ampliamente tcnicas con diversidad de frecuencias, en banda y de otro tipo. En este Anexo se describe una tcnica de codificacin merced a la cual se mejora el sistema con diversidad de fr

10、ecuencias en banda. 2 Descripcin del sistema En la Fig. 1 se muestra el esquema de transmisin. La seal m(t) que sale de una fuente de informacin binaria se aplica al registro de desplazamiento de un codificador de longitud K. Despus de cada desplazamiento del registro a la velocidad de datos de la f

11、uente, el codificador genera dos bits de cdigo, c1(t) y c2(t), que a su vez activan los moduladores de datos correspondientes. En la prctica, la separacin entre las frecuencias centrales de esos moduladores de datos suele ser aproximadamente de 1 kHz. La salida combinada de los moduladores se aplica

12、 luego a un sistema de transmisin de banda lateral nica (BLU) en ondas decamtricas. En condiciones de funcionamiento con diversidad de frecuencias, el sistema de la Fig. 1 adopta su forma ms sencilla. Los bits de cdigo son simples rplicas del bit de informacin, esto es, c1(t) = c2(t) = m(t). La deci

13、sin sobre el valor de un bit de informacin determinado se basa en el valor combinado de las salidas de los dos demoduladores. En el contexto de una teora de la informacin, la diversidad de frecuencias puede definirse como una tcnica de codificacin con una relacin de 1/2 que utiliza decisiones progra

14、madas. En las transmisiones con diversidad de frecuencias, slo dos bits de cdigo contienen informacin sobre cualquier bit de informacin dado. Con una probabilidad no nula, esos dos bits se pueden alterar simultneamente a causa del desvanecimiento, la interferencia o el ruido, provocando una decisin

15、incorrecta en el bit de informacin. Cuando esto sucede, no es posible corregir el error utilizando los valores de los otros bits de cdigo. As pues, resulta conveniente codificar la secuencia de informacin, de modo que ms de un solo par de bits de codificacin se relacione con cualquier bit de informa

16、cin determinado. El sistema de la Fig. 1 lo consigue estableciendo la correspondencia en la secuencia de informacin con anterioridad a la transmisin. 0106-01FIGURA 1Estructura general con diversidad m(t)+DecodificadorocombinadorRegistrador dedesplazamientoModulador-demoduladorModulador-demoduladorAB

17、m(t)c (t)1c (t)2c (t)2m1m2mkc (t)1En la transmisin con diversidad de frecuencias codificadas podra utilizarse cualquier tipo de cdigo de correccin de errores con relacin de 1/2, pero los cdigos convolucionales son particularmente adecuados porque la estructura de sus codificadores se adapta a la est

18、ructura de los Rec. UIT-R F.106-2 3 sistemas de transmisin con diversidad de frecuencias, y puede utilizarse el algoritmo de Viterbi para llevar a cabo eficazmente la decodificacin de decisiones programadas. Las salidas de los demoduladores se aplican a convertidores A/D en un decodificador de Viter

19、bi, que sustituye la operacin de combinacin del sistema con diversidad de frecuencias. 3 Resultados experimentales Se realiz una comparacin del comportamiento de las transmisiones radioelctricas con diversidad de frecuencias y con diversidad de codificacin. Se eligieron cdigos convolucionales de lon

20、gitud impuesta K = 5 y K = 7, y el resultado del codificador se aplic a un modulador multicanal MDF utilizando frecuencias centrales de 1 105 y 2 125 Hz y un desplazamiento de 42,5 Hz. La velocidad de datos de cada canal sncrono era de 75 bit/s. La seal, en forma de ojo, de cada demodulador se digit

21、aliz por medio de una muestra extrada del centro del periodo del ojo. El equipo radioelctrico de ondas decamtricas utilizado inclua un transmisor de 100 W, antenas de banda ancha y un receptor de comunicaciones sintetizado. Para los experimentos de recepcin con diversidad se utiliz una combinacin co

22、n relacin mxima. Para los experimentos de codificacin se utiliz un decodificador de Viterbi en tiempo real, aplicado en soporte lgico con un microprocesador polivalente de 8 bits. En Ottawa se realizaron tres series de transmisin radioelctrica: una prueba de corto alcance a lo largo de una distancia

23、 de 60 km, con una componente de onda de superficie dbil; una prueba de alcance medio a lo largo de los 400 km que separan Ottawa de Toronto; y una tercera prueba a bordo de un barco que transmita desde la costa Este del Canad. El barco navegaba desde la ciudad de Quebec hacia el rtico, lo que permi

24、ti realizar pruebas a lo largo de distancias que iban de 400 a 2 500 km. Durante la ltima parte de esta prueba el enlace de ondas decamtricas atraves el cinturn auroral y se registr frecuentemente un rpido desvanecimiento. En los experimentos a distancia corta y media se utilizaron varias frecuencia

25、s en el entorno de 3 a 9 MHz y en el experimento a bordo del barco se utilizaron bandas de frecuencias entre 5 y 15 MHz. Se analiz la configuracin de errores con diversidad de frecuencias y diversidad de codificacin. Se observ que ambas series de datos presentaban las rfagas caractersticas del canal

26、 de ondas decamtricas; no obstante, en el caso de la diversidad, la transicin entre las rfagas y los periodos de menor proporcin de errores era gradual. La mayor parte del tiempo los errores eran aleatorios, con frecuentes errores aislados. Los datos procedentes del sistema con diversidad de codific

27、acin presentaban rfagas densas que empezaban y terminaban con relativa brusquedad, periodos exentos de errores ms prolongados y ausencia de errores aislados y dobles. Las rfagas de errores tendan a ser ms prolongadas que las del sistema con diversidad de frecuencias. Despus de una rfaga prolongada e

28、l decodificador necesita cierto tiempo para recuperarse. De este modo, la BER en la secuencia decodificada poda en realidad ser mayor que la del sistema con diversidad de frecuencias en banda. No sucede lo mismo con la tasa de errores en los bloques (BLER). Est previsto aplicar este sistema en un en

29、torno con protocolo de peticin automtica de repeticin (ARQ) que impide la utilizacin de entrelazado o diversidad en el tiempo. Se ha demostrado que estos esquemas tienen como resultado una disminucin de la BER, pero exigen retardos durante la transmisin del orden de varias centenas de bits. En las t

30、ransmisiones por bloques, stos se rechazan debido a errores aislados o mltiples, como sucede con la combinacin de la diversidad de frecuencias, pero en el caso de la diversidad de codificacin el rechazo de bloques disminuye al reducirse los errores aislados. Las pruebas se realizaron para bloques de

31、 128 y 512 bits, que son los bloques caractersticos de un sistema que va a utilizar diversidad de codificacin. Se compararon las BLER de esas dos tcnicas, tal como se indica en el Cuadro 1. En el Cuadro figura el aumento porcentual de la probabilidad de recibir un bloque libre de errores con la tcni

32、ca con diversidad de codificacin, en comparacin con la tcnica con diversidad de frecuencias. La 4 Rec. UIT-R F.106-2 mejora obtenida vari de buena a insignificante, y en el caso del bloque de 512 bits se observ una mejora ms pronunciada. En algunos casos la propia transmisin con diversidad de frecue

33、ncias en banda estaba prcticamente libre de errores, por lo que no daba lugar a mejoras; en otros, el canal era de tan baja calidad que ninguno de los dos sistemas consigui una proporcin de errores de viabilidad prctica. Se observ que la calidad de funcionamiento de la codificacin convolucional no f

34、ue en ningn momento apreciablemente inferior a la del sistema con diversidad de frecuencias en banda. CUADRO 1 Resultados de las pruebas realizadas sobre BLER 4 Consideraciones relativas a la realizacin La tcnica de codificacin descrita en el presente Anexo tiene un nmero de limitaciones prcticas y

35、no sustituir en todas sus aplicaciones a un combinador polivalente con diversidad de frecuencias. Por ejemplo, es incompatible con los sistemas de transmisin de datos asncronos. No obstante, puede ser til con los sistemas ARQ que utilizan transmisiones sncronas, a condicin de que las transmisiones n

36、o sean de duracin tan corta, que anule la mejora en el caudal mediante un aumento de los bits de cabecera que se requieren para el funcionamiento adecuado del decodificador de Viterbi. La cabecera es de cuatro veces los K bits (donde K es la longitud impuesta) necesaria al comienzo de la transmisin,

37、 y por ltimo hay una secuencia final de transmisin de (K 1) bits. 5 Conclusiones Se ha ensayado un mtodo de control de errores basado en la diversidad de frecuencias con codificacin convolucional y se ha comparado con una transmisin de datos con diversidad de frecuencias en banda. Los resultados exp

38、erimentales demuestran que este sistema tiene una BLER mejor que la de los sistemas con diversidad de frecuencias en banda. La tcnica de codificacin es adecuada para sistemas que actualmente utilizan diversidad de frecuencias en combinacin con un protocolo ARQ sncrono. a) Tamao del bloque = 128 bits

39、 N.ode prueba Longitud impuesta Diversidad BLER Codificacin BLER Total de bits Mejora del caudal (%) 1 2 3 4 5 K = 7 K = 7 K = 5 K = 7 K = 7 0,293 0,217 0,321 0,084 0,083 0,201 0,127 0,227 0,015 0,019 1 430 000 506 000 352 000 217 000 217 000 13,0 11,5 13,8 7,5 6,5 b) Tamao del bloque = 512 bits N.ode prueba Longitud impuesta Diversidad BLER Codificacin BLER Total de bits Mejora del caudal (%) 6 7 8 K = 7 K = 7 K = 5 0,548 0,378 0,570 0,406 0,223 0,420 1 430 000 506 000 352 000 31,4 24,9 34,9