ITU-R F 1487 FRENCH-2000 TESTING OF HF MODEMS WITH BANDWIDTHS OF UP TO ABOUT 12 kHz USING IONOSPHERIC CHANNEL SIMULATORS《使用电离信道模拟器的带宽高达12 kHz的高频(HF)调制解调器的测试》.pdf

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1、 Rec. UIT-R F.1487 1 RECOMMANDATION UIT-R F.1487*ESSAIS DE MODEMS ONDES DCAMTRIQUES FONCTIONNANT DANS DES LARGEURS DE BANDES ALLANT JUSQU ENVIRON 12 kHz AU MOYEN DE SIMULATEURS DE CANAL IONOSPHRIQUE (Question UIT-R 213/9) (2000) Rec. UIT-R F.1487 LAssemble des radiocommunications de lUIT, considrant

2、 a) que les radiocommunications ionosphriques dans les bandes des ondes dcamtriques sont un moyen de transmission conomiquement rentable pour de nombreux services exigeant un fonctionnement des distances suprieures celle de visibilit directe; b) que la simulation dun canal de propagation ionosphriqu

3、e permettrait de rduire les dlais et les dbours quimpliquent ltude et la mise lessai de tels systmes de service; c) que certaines administrations ont signal une concordance satisfaisante entre les rsultats des essais effectus en laboratoire au moyen de simulateurs et les rsultats des essais sur des

4、modems de donnes en exploitation, recommande 1 que pour la simulation dune transmission ionosphrique en ondes dcamtriques pour des systmes fonctionnant dans des bandes allant jusqu environ 12 kHz, les mthodes dcrites lAnnexe 1 soient prfres; 2 que la mthode dcrite lAnnexe 2 soit prise en considratio

5、n pour des essais comparatifs de modems ondes dcamtriques; 3 lorsquon utilise des simulateurs pour prvoir, de manire quantitative, la qualit de fonctionnement dun modem ondes dcamtriques donn sur des circuits ondes dcamtriques, de tenir compte, titre provisoire, des paramtres de canal complmentaires

6、 numrs lAnnexe 3. ANNEXE 1 Simulations de canal ionosphrique sur ondes dcamtriques 1 Introduction La propagation par trajets multiples et les vanouissements sont des caractristiques types de radiocommunications sur ondes dcamtriques par lionosphre. Le signal mis se propage habituellement vers le rce

7、pteur selon plusieurs modes ou trajets en subissant une ou plusieurs rflexions sur les couches E et F. Etant donn que les temps de propagation ne sont pas les mmes sur les diffrents trajets, le signal parvenu lantenne de rception peut tre form de plusieurs composantes, qui ont emprunt des trajets di

8、ffrents et sont tales dans le temps sur un intervalle pouvant atteindre plusieurs millisecondes. En gnral, les hauteurs moyennes des couches ionosphriques augmentent ou diminuent avec le temps, provoquant ainsi diffrentes dviations de frquence (effet Doppler) sur chacune des composantes du trajet mu

9、ltiple. De plus, lionosphre est turbulente, ce qui impose des vanouissements aux diverses composantes et un vanouissement rsultant du signal composite reu. Tous ces effets se conjuguent pour produire une distorsion muliplicative du signal et dgrader la qualit du service assur par les systmes de tlco

10、mmunication. _ *Cette Recommandation doit tre porte lattention des Commissions dtudes 3 (GT 3L) et 8 (GT 8B) des radiocommunications. 2 Rec. UIT-R F.1487 Si lon met un signal en ondes entretenues sur une liaison ondes dcamtriques, le spectre des composantes du trajet multiple apparatra la rception s

11、ous la forme reprsente par lexemple exprimental de la Fig. 1. On constate la prsence de quatre trajets selon les modes suivants: mode E un bond (1E), mode F un bond (1F), mode F deux bonds (2F) et mode mixte (par exemple 1E + 1F). Alors que dans le mode 1E les talements de frquence (et les taux dvan

12、ouissement) des deux composantes magntoioniques, a et b, sont peu prs les mmes, leurs dviations de frquence sont, en revanche, sensiblement diffrentes, ce qui permet de les distinguer lune de lautre par la frquence. Dans chacun des trois autres modes, les deux composantes magntoioniques ont des tale

13、ments et des dviations de frquence pratiquement de mmes valeurs, de sorte quelles ne se distinguent pas lune de lautre. Les caractristiques de la distorsion multiplicative, dans un canal en ondes dcamtriques, pendant une courte priode, peuvent donc tre dcrites laide de paramtres qui spcifient les ca

14、ractristiques de ltalement du temps de propagation et de ltalement de la frquence, cest-dire les temps diffrentiels de propagation sur les multiples trajets, les intensits, les dviations et les talements de la frquence sur chaque trajet. Ces paramtres sont, bien entendu, sujets modification suivant

15、le jour et la saison, de mme quils diffrent en gnral selon lemplacement gographique des liaisons. 1487-01abBDCAFIGURE 1Exemple de spectres de puissance des composantes de trajets multiplesdun signal en ondes entretenuesFrquence, (Hz)Spectresgain-prise, fi() (dB)A: Trajet 1 (Mode 1E, a et b reprsente

16、nt le ddoublement magnto-ionique)B: Trajet 2 (Mode 1F)C: Trajet 3 (Mode mixte)D: Trajet 4 (Mode 2F)FIGURE 1 / F.1487-01 = 13 CM La comparaison des performances de deux ou de plusieurs systmes ncessite des essais simultans, car les conditions de la propagation ou celles des canaux ionosphriques varie

17、nt dune manire incontrlable et ne peuvent pas tre rptes avec prcision dautres moments ou sur dautres liaisons. Lemploi dun simulateur de canal prsente des avantages: prcision, rgularit des caractristiques, possibilit de rpter les expriences, disponibilit, gamme tendue de modalits des canaux, bas pri

18、x de revient; ces avantages sont cependant limits si le modle de canal daprs lequel le simulateur a t construit nest pas valable. La prsente Recommandation dcrit un modle stationnaire de canaux sur ondes dcamtriques dispersion gaussienne. Il est valable pour des canaux de 3 kHz et peut tre appliqu d

19、es bandes allant jusqu 12 kHz. Une installation relle de ce modle peut fonctionner des frquences (audio) de bande de base et, par consquent, agir directement sur la sortie dun modem ondes dcamtriques metteur et fournir directement des signaux un modem ondes dcamtriques rcepteur. Toutefois, lorsque l

20、on examine la qualit de fonctionnement de systmes ondes dcamtriques, les effets produits par dautres composants du systme doivent toujours tre pris en compte (par exemple, les filtres dmission et de rception et les commandes de niveau ou de gain). Rec. UIT-R F.1487 3 2 Modle dispersion gaussienne La

21、 Fig. 2 reprsente le schma simplifi du modle stationnaire de canal ionosphrique sur ondes dcamtriques, dispersion gaussienne. Ceci est communment connu sous le nom de modle de Watterson. Le signal dentre (signal mis) est appliqu une ligne retard idale, munie de plusieurs prises rglables o il peut tr

22、e prlev. Ces prises, numrotes 1, 2, , i, , n, correspondent chacune un mode ou trajet de propagation ionosphrique. A chaque prise, le signal est modul en amplitude et en phase par une fonction alatoire complexe approprie du gain selon la position de la prise, Gi(t), ci-aprs dsigne par fonction gain-

23、prise. Les signaux retards et moduls sont additionns de brio (gaussien, atmosphrique et/ou artificiel) et/ou de brouillage (signaux non dsirs) pour constituer le signal de sortie (signal reu). Pour le modle de canal de dispersion gaussienne, chaque fonction gain-prise a pour expression: )2exp()()2ex

24、p()()(tjtGtjtGtGibibiaiai+= (1) o les indices a et b identifient les deux composantes magntoioniques qui sont en gnral prsentes dans chaque mode ou trajet. Les tildes indiquent que )(tGiaet )(tGibsont des fonctions chantillons de deux modes gaussiens alatoires, complexes (bivariants) et indpendants,

25、 dont la moyenne de chacun est gale zro et dont les composantes relles et imaginaires ont des valeurs quadratiques gales qui produisent des vanouissements de Rayleigh (cest-dire que ce sont des fonctions dispersion gaussienne). Les termes exponentiels ont t traduits dans lquation (1) afin de fournir

26、 les dviations de frquence (par effet Doppler) dsires, iaet ib, aux composantes magntoioniques du spectre gain-prise. 1487-02XXX nG1(t) Gi(t) Gn(t)FIGURE 2Schma simplifi des modles de canaux ionosphriques sur ondes dcamtriquesInterfrenceBruitSignal de sortieLigne retard, prisesSignal dentreFIGURE 2

27、/ F.1487-02 = 8 CM Chaque fonction gain-prise a un spectre, fi(), qui est en gnral constitu par la somme de deux composantes magntoioniques, chacune tant une fonction gaussienne de la frquence, , comme spcifie par: GfaGfaGfbGf9GeaGeaGebGe9+GfaGfaGfbGf9GeaGeaGebGe9=22222)(exp212)(exp21)(ibibibibiaiai

28、aiaiAAf (2) o iaAet ibAsont les affaiblissements de composantes et sont habituellement dtermins par leurs talements de frquence 2iaet 2ib. Lquation (2) est illustre par la Fig. 3a). Six paramtres indpendants dterminent une fonction gain-prise et son spectre: les deux affaiblissements, iaAet ,ibA les

29、 deux dviations de frquence, iaet ib, et les deux talements de frquence, 2iaet 2ib. 4 Rec. UIT-R F.1487 La fonction gain-prise reprsente par les quations (1) et (2) est gnrale, par le fait quelle sapplique quand les spectres des deux composantes magntoioniques sont sensiblement diffrents et que la d

30、iffrence entre leurs temps de propagation est ngligeable. Dans les deux cas suivants, un seul des deux termes des quations (1) et (2) est ncessaire: lorsque les rayons se propagent basse altitude, les dviations et les talements de frquence des deux composantes magntoioniques sont presque gaux, leurs

31、 spectres concident presque et un seul terme peut tre utilis avec le spectre gain-prise reprsent par la Fig. 3b); les deux composantes magntoioniques des rayons haute altitude prsentent souvent une notable diffrence dans leurs retards; dans ce cas, il convient dutiliser sur la ligne retard des prise

32、s adquatement espaces, avec un seul terme pour reprsenter chacune des deux fonctions gain-prise correspondantes et leurs spectres, ainsi que le montre la Fig. 3b). 1487-032ib2iaiaib2iibFIGURE 3Spectres gain-prise dans un modle valable dispersion gaussiennea) Deux spectres de dispersion gaussienneFrq

33、uenceFrquenceb) Un seul spectre de dispersion gaussiennePuissancePuissanceFIGURE 3 / F.1487-03 = 12 CM Rec. UIT-R F.1487 5 3 Modes spculaires Le modle dispersion gaussienne peut reprsenter de manire prcise la majorit des liaisons ionosphriques types sur ondes dcamtriques. On peut aisment simuler une

34、 composante spculaire dans un mode onde ionosphrique en ajoutant une prise retarde non sujette vanouissements prsentant la mme dviation de frquence que le spectre du mode correspondant. Cest ainsi qu la Fig. 3, les composantes spculaires apparatraient comme des fonctions delta de Dirac en ia, ibet i

35、, selon le cas. Londe de sol qui est prsente dans une liaison courte distance est essentiellement non sujette vanouissements et peut galement tre reprsente par une prise non sujette vanouissements sur le retard de groupe appropri. 4 Modles pour canaux en ondes dcamtriques avec largeur de bande dpass

36、ant les 12 kHz Si le modle dispersion gaussienne mentionn ci-dessus a t valid pour une utilisation sur des canaux en ondes dcamtriques de 3 kHz et peut tre utilisable sur des canaux pouvant atteindre une largeur de 12 kHz, sa validit pour des bandes dune largeur suprieure ( savoir des bandes largies

37、 entre 12 kHz et 1 MHz environ) est problmatique pour au moins deux raisons. En premier lieu, la spcification dun modle susceptible de caractriser de tels canaux bande largie sest avre difficile du fait dun manque dinformations de canal pour ce mode de fonctionnement. En second lieu, parce quil y a

38、pnurie de modems bande largie, qui sont les mieux adapts la validation de ce modle. En dpit des difficults de gnralisation, une extension du modle de canal 3 kHz est actuellement envisage. Elle repose sur la conviction quun tel modle pourrait tre ncessaire dans un proche avenir. En consquence, on a

39、entrepris des tudes visant prendre en compte des largeurs de bande de canal dpassant les 12 kHz environ en utilisant des extensions logiques du prsent modle gaussien. Si la logique est gnralement valable, des tudes et des travaux de validation plus approfondis sont ncessaires avant quil ne soit poss

40、ible de recommander un modle de canal bande largie. Pour des simulations portant sur de trs larges bandes, cette approche tendue risque dtre intenable puisque les conditions des canaux peuvent varier lintrieur de la largeur de bande de transmission. ANNEXE 2 Essais comparatifs de modems ondes dcamtr

41、iques 1 Introduction La porte gnrale de larchitecture de simulateur dcrite lAnnexe 1 permet de simuler un ventail extrmement large de conditions de canal ionosphrique en ondes dcamtriques. Elle peut tre source de problmes lorsquil est ncessaire deffectuer une comparaison gnrale entre diffrents modem

42、s ondes dcamtriques. La prsente Annexe dcrit une technique ayant recours une simulation simplifie de canal en ondes dcamtriques dans le but dobtenir une spcification globale de la qualit de fonctionnement de modems ondes dcamtriques sous forme graphique. 2 Technique de spcification de modem La prsen

43、te technique de spcification sappuie sur une simulation de deux modes donde ionosphrique dcamtrique avec vanouissements indpendants. Le ddoublement magnto-ionique est nglig, cest-dire quun terme seulement des quations (1) et (2) de lAnnexe 1 est utilis. Les deux modes prsentent un affaiblissement mo

44、yen gal, des dcalages et talements de frquence dus leffet Doppler gaux et sont spars par une propagation sur des trajets multiples. Le rapport S/N est dfini par lajout dun bruit gaussien largeur de bande limite. 6 Rec. UIT-R F.1487 Le dcalage de frquence d leffet Doppler tant maintenu sur une valeur

45、 fixe (gnralement nulle), la qualit de fonc-tionnement dun modem est mesure daprs un ensemble courant de critres dessai tels que ceux numrs au Tableau 1. Le TEB sert mesurer la qualit de fonctionnement du modem. Pour chaque combinaison talement de frquence Doppler/propagation sur trajets multiples,

46、le rapport S/N produisant un TEB situ dans lintervalle acceptable est dter-min (la dure de chaque essai doit tre dtermine par le mme algorithme, par exemple celui prsent lAnnexe 3, 6; ces dures dessai se sont avres satisfaisantes dans la pratique). Les donnes obtenues peuvent tre reprsentes sous la

47、forme dun trac trois dimensions, pour lequel le rapport S/N (jusqu une valeur maximale leve autorise), ltalement Doppler et la propagation sur trajets multiples sont attribus aux trois axes orthogonaux. Dans cet espace trois dimensions, le lieu gomtrique des points de TEB constant dcrit une surface qui reprsente la qualit de fonction-nement du modem dans lintervalle des cond