ITU-R INFORME SM 2022-1 SPANISH-2004 The effect on digital communications systems of interference from other modulation schemes《从其他调制方案的干扰对数字通信系统的影响》.pdf

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1、 I. UIT-R SM.2022-1 1 INFORME UIT-R SM.2022-1 Efecto sobre sistemas de comunicaciones digitales de la interferencia causada por sistemas con otros esquemas de modulacin (Cuestin UIT-R 202/1) (2000-2004) CUADRO DE MATERIAS PARTE A Investigacin terica Pgina 1 Introduccin 3 2 Objetivos y plan de trabaj

2、o del proyecto 3 2.1 Objetivos del proyecto 4 2.2 Plan de pruebas del proyecto 4 2.3 Estudios adicionales realizados durante el proyecto. 5 3 Metodologa de simulacin SPW . 5 3.1 Diseos y configuraciones de la simulacin SPW . 6 3.1.1 Diseo SPW del enlace fijo deseado con modulacin MDP-4 con receptor.

3、 6 3.1.2 Diseo SPW del enlace fijo deseado con modulacin MAQ-16 con receptor. 9 3.1.3 Diseos SPW para la modulacin MDF con receptor . 10 3.2 Medida de la SER o de la BER mediante el mtodo de Montecarlo 12 3.2.1 Seleccin de un mtodo para la evaluacin de la calidad de funcio-namiento de enlaces fijos

4、en trminos de BER/SER. 12 3.2.2 Incertidumbres en la medicin de BER/SER. 12 3.3 Validacin de los diseos de simulacin SPW para enlaces fijos deseados con MDP-4, MAQ-16 y MDF . 13 3.3.1 Metodologa . 13 4 Resultados. 16 4.1 Calidad en trminos de BER/SER de enlaces fijos deseados con MDP-4, MAQ-16 y MDF

5、 . 16 4.2 Diagramas de densidad espectral de potencia de las fuentes deseada e inter-ferente . 21 4.3 Diagramas de ojos y de dispersin de enlaces fijos MDP-4 y MAQ-16 con interferencia y ruido 24 2 I. UIT-R SM.2022-1 Pgina 5 Resumen y conclusiones. 32 5.1 Mejoras conseguidas en la asignacin de frecu

6、encias y en la planificacin en entornos limitados por la interferencia en relacin con entornos limitados por el ruido 32 5.1.1 Enlace fijo deseado con MDP-4. 32 5.1.2 Enlace fijo deseado con MAQ-16 32 5.1.3 Enlace fijo deseado con MDF 33 PARTE B Medidas 1 Introduccin 34 2 Detectores disponibles 34 2

7、.1 Caractersticas del detector de cuasi-cresta (QP) del Centro Internacional Especial de Perturbaciones Radioelctricas (CISPR). 34 2.2 Caractersticas de otros detectores 34 2.3 Distribucin probabilstica de la amplitud 36 3 Servicios de comunicacin digitales 36 3.1 General 36 3.2 Caractersticas del s

8、istema 36 4 Ponderacin de la perturbacin sobre sistemas de comunicaciones digitales 36 4.1 Principio de las mediciones 37 4.2 Seales interferentes . 38 4.3 Ejemplo experimental 1: Difusin de vdeo digital por cable (DVB-C) 39 4.4 Ejemplo experimental 2: Radiodifusin de audio digital (DAB) . 40 5 Conc

9、lusiones. 41 Referencias Bibliogrficas y Bibliografa 41 PARTE C Mtodo de simulacin para identificar la fuente de interferencia 1 Introduccin 42 2 Mtodo de simulacin 42 2.1 Configuracin de la simulacin 43 2.2 Clculo de la BER utilizando el mtodo de muestreo de importancia mejorado 44 3 Resultados de

10、la simulacin . 45 3.1 Caracterstica de la BER. 45 3.2 Densidad de probabilidad de Eb/N0. 52 4 Conclusiones. 58 I. UIT-R SM.2022-1 3 PARTE A Investigacin terica 1 Introduccin En la Parte A de este Informe se analiza la situacin en la que un enlace digital del servicio fijo recibe la interferencia cau

11、sada por el ruido radioelctrico (natural) ms la interferencia generada por una fuente interferente con un nivel 6 dB superior al del ruido natural. Las estrategias actuales de asignacin de frecuencias a enlaces del servicio fijo estn normalmente basadas en la limitacin por ruido. Ello significa que

12、el nivel de seal mnima en el receptor en condiciones de desvanecimiento se fija en relacin con el nivel mnimo de ruido del sistema y con el ruido ambiente. Las asignaciones se planifican de tal forma que el nivel mximo de una seal indeseada est, en funcin de una determinada relacin de proteccin, a u

13、n nivel tpicamente 6 dB inferior al ruido. Este enfoque es relativamente seguro y sencillo de definir, pero tiene el inconveniente de no ser ptimo. Para maximizar el nmero de enlaces que pueden incluirse en una banda de frecuencias y en un rea geogrfica dada, resulta ms conveniente que los sistemas

14、estn limitados por la inter-ferencia. Es decir, que sean las seales indeseadas o interferentes, no el ruido natural, lo que limite el nivel mnimo de ruido ambiental. Dicha estrategia implica la necesidad de evaluar la calidad de funcionamiento de los receptores de los enlaces fijos en presencia de s

15、eales interferentes que emplean otros esquemas de modulacin as como de ruido gaussiano. En este estudio se han considerado tres tipos de modulacin para enlaces fijos digitales, a saber, modulacin por desplazamiento de frecuencia (MDF), modulacin por desplazamiento de fase de 4 niveles (MDP-4) y modu

16、lacin de amplitud en cuadratura de 16 niveles (MAQ-16) que se ven afectados por el ruido y la interferencia procedente de una fuente con modulacin diferente, que puede ser MDF, MDP-4, MDP-8 y MAQ-16. La investigacin terica se ha realizado utilizando un sistema de trabajo de simulaciones mediante tcn

17、icas de procesamiento de seal (SPW, signal processing work system). El anlisis de los resultados de las simulaciones por computador realizadas, permite concluir que mediante la asignacin de frecuencias a enlaces fijos utilizando un entorno limitado por la inter-ferencia (es decir, con interferencia

18、a un nivel 6 dB superior al ruido), es posible conseguir una mayor densidad de asignaciones de frecuencia a enlaces fijos, consiguindose as que dichas asignaciones sean ms eficientes. 2 Objetivos y plan de trabajo del proyecto El propsito de este proyecto era realizar estudios tericos conforme a uno

19、s objetivos y un plan de trabajo acordados con el patrocinador; no obstante, se han realizado tareas adicionales a las inicialmente proyectadas. 4 I. UIT-R SM.2022-1 2.1 Objetivos del proyecto El objetivo de este estudio era simular el efecto que sobre un enlace de microondas tpico ejerce energa ind

20、eseada que consta tanto de ruido como de interferencia (procedente de seales con otros esquemas de modulacin), cuyos niveles guardan una proporcin determinada. En base a dicho anlisis, se han evaluado las estrategias de planificacin y de asignacin de espectro basadas en escenarios limitados por la i

21、nterferencia que, con ms probabilidad, resultarn ms eficientes. Para este proyecto se ha medido o calculado la proporcin de errores en los smbolos (SER, symbol error ratio) o la proporcin de bits errneos (BER) para diversos valores de la relacin seal/ (ruido + interferencia), S/(N + I ), donde el ru

22、ido, N, es ruido gaussiano blanco/aditivo (AWGN) y la interferencia procede de seales con otros esquemas de modulacin. En todos los casos, salvo que se indique lo contrario, el nivel de la interferencia es 6 dB superior al ruido. 2.2 Plan de pruebas del proyecto En el Cuadro 1 se enumeran las tareas

23、 planificadas con el fin de cumplir los objetivos especificados en el 2.1. CUADRO 1 Pruebas inicialmente previstas en el proyecto Tarea N. Esquema de modulacin del enlace fijo deseado Ruido y tipo de enlace fijo interferente con niveles de seal en diversas proporciones 1 Modulacin MDP-4 Ruido (AWGN)

24、 para una SER de 1 1062 Modulacin MDP-4 Ruido + interferencia MDP-4 con un nivel 6 dB superior al nivel del ruido 3 Modulacin MDP-4 Ruido + interferencia MAQ-16 con un nivel 6 dB superior al nivel del ruido 4 Modulacin MDP-4 Ruido + interferencia MDF con un nivel 6 dB superior al nivel del ruido 5 M

25、odulacin MAQ-16 Ruido (AWGN) para una SER de 1 1066 Modulacin MAQ-16 Ruido + interferencia MDP-4 con un nivel 6 dB superior al nivel del ruido 7 Modulacin MAQ-16 Ruido + interferencia MAQ-16 con un nivel 6 dB superior al nivel del ruido 8 Modulacin MAQ-16 Ruido + nivel de interferencia MDF con un ni

26、vel 6 dB superior al nivel del ruido 9 Modulacin MDF Ruido (AWGN) para una SER de 1 10610 Modulacin MDF Ruido + interferencia MDF con un nivel igual al nivel del ruido 11 Ruido + interferencia MDF con un nivel 6 dB superior al nivel del ruido 12 Ruido + interferencia MDP-4 con un nivel 6 dB superior

27、 al nivel del ruido 13 Ruido + interferencia MDP-8 con un nivel 6 dB superior al nivel del ruido 14 Ruido + interferencia MAQ-16 con un nivel 6 dB superior al nivel del ruido I. UIT-R SM.2022-1 5 2.3 Estudios adicionales realizados durante el proyecto En el transcurso del proyecto, se hizo evidente

28、la necesidad de determinar dos cuestiones. En primer lugar, cmo se ven afectados los enlaces fijos deseados con modulacin MDP-4, MAQ-16 y MDF por efecto de enlaces fijos interferentes con modulacin MDF en funcin del ndice de modulacin de dichas seal interferentes. En segundo lugar, como se ven afect

29、ados los enlaces fijos deseados con modulacin MDF por efecto de enlaces fijos interferentes con modulaciones MDF, MDP-4 y MAQ-16 cuando vara el ndice de modulacin del enlace fijo MDF deseado. CUADRO 2 Estudios adicionales realizados durante el proyecto 3 Metodologa de simulacin SPW El objeto del pro

30、yecto era comparar el efecto que tienen sobre la proporcin de errores en los smbolos o proporcin de bits errneos tanto el ruido Gaussiano puro (que es la referencia) como una seal interferente ms ruido para los diversos casos de prueba especificados en los Cuadros 1 y 2. La metodologa elegida se ha

31、basado en generar diseos de simulacin SPW para un enlace fijo tpico empleando formatos de modulacin MDP-4, MAQ-16 y MDF, validando cada diseo frente a los resultados tericos esperados y realizando la simulacin para los casos de prueba especificados. En los puntos siguientes se presenta informacin de

32、tallada sobre las configuraciones de la simulacin, el mtodo de cmputo de errores, la justificacin de su validez y los resultados de las simulaciones por computadora para enlaces fijos con modulacin MDP-4, MAQ-16 y MDF, as como los respectivos diagramas de densidad de espectro de potencia. Tambin se

33、muestran los diagramas de ojos y de dispersin para enlaces fijos con modulacin MDP-4 y MAQ-16 con niveles de seal interferente y de ruido en proporciones diversas. Tarea N. Esquema de modulacin del enlace fijo deseado Ruido y enlace fijo MDF interferente con ndice de modulacin variable de 0,0 a 1 1

34、Modulacin MDF Ruido + seal interferente MDF con una S/(N + I ) de 8 dB, siendo el nivel de interferencia 6 dB superior al ruido 2 Modulacin MDP-4 Ruido + seal interferente MDF con una S/(N + I ) de 15 dB siendo el nivel de interferencia 6 dB superior al ruido 3 Modulacin MAQ-16 Ruido + seal interfer

35、ente MDF con una S/(N + I ) de 15 dB siendo el nivel de interferencia 6 dB superior al ruido6 I. UIT-R SM.2022-1 3.1 Diseos y configuraciones de la simulacin SPW Una configuracin tpica para la simulacin de un enlace fijo se compone de la seal deseada y de una seal interferente con formatos de modula

36、cin especificados, que se combinan en el receptor, pudiendo aadirse a la seal deseada AWGN variable para obtener la relacin seal/ruido, S/N, o la relacin seal/ruido ms interferencia, S/(N + I ), especificada a la entrada del demodulador y poder realizar el clculo o la medida de la BER o de la SER. E

37、n la Fig. 1 se muestra una configuracin de simulacin genrica para enlaces fijos deseados MDP-4 y MAQ-16 que consta de un transmisor (Tx), un receptor (Rx) y una fuente interferente (Ix). En la Fig. 2 se muestra la configuracin de la simulacin empleada para un enlace fijo deseado MDF. Rap 2022-01Ampl

38、ifica-dor de RFModuladorde RFFiltroRRCDemodu-ladorMDP-4/MAQ-16Medidor deSERAmplifica-dor de RFModuladorde RFFiltroRRCAmplifica-dor de RFModuladorde RFFiltroRRCSeal interfe-rente (Tx)MDP-4/MAQ-16/MDFSealdeseada (Tx)MDP-4/MAQ-16OsciladorTxOsciladorIxAjuste del nivelde sealno deseada Ixpara S/(N + I)*A

39、WGNpara C/N*+Al medidorde SERFIGURA 1Configuracin de simulacin genrica para enlaces fijos deseados con modulacin MDP-4 y MAQ-16 con ruido e interferenciaRRC: filtro raz de coseno alzado (root-raised cosine)3.1.1 Diseo SPW del enlace fijo deseado con modulacin MDP-4 con receptor El enlace fijo desead

40、o que utiliza modulacin MDP-4 consta de un transmisor y de un receptor. Por simplicidad, en la Fig. 3 se muestra el diseo SPW del transmisor MDP-4 y en la Fig. 4 el diseo del receptor MDP-4. I. UIT-R SM.2022-1 7 Rap 2022-02Amplifi-cador RFFiltro RFde 6 polosDiscrimi-nador MDFDecisinMedidor deBERAmpl

41、ifi-cador RFModuladorMDFFiltro RFde 6 polosAmplifica-dor de RFModuladorde RFFiltroRRCSeal inter-ferente (Tx)MDP-4/MAQ-16Origen de bandade base deltransmisor (Tx)OsciladorTxOsciladorIxAjuste del nivel de seal nodeseada (Ix)para S/(N + I)*AWGNpara C/N*+Al medidorde BERFIGURA 2Configuracin de simulacin

42、 simplificada para enlaces fijos deseados con modulacin MDF y con ruido e interferenciaRap 2022-03Amplifi-cador nolinealFIGURA 3Transmisor MDP-4Filtro cosenoalzado en eldominio detiempo complejoFuenteMDP-4Complejoareal/imagenGeneradorde sealGeneradorde sealLneacomple-mentariaFuente MDP-4 deseada Mod

43、ulador de seal deseada Amplificador de Tx8 I. UIT-R SM.2022-1 Rap 2022-04Amplifi-cador nolinealFIGURA 4Receptor MDP-4Filtro cosenoalzado en eldomino detiempo complejoDemodu-ladorMDP-4Pasa acomplejoGeneradorde sealGeneradorde sealLneacomple-mentariaCSeal MDP-4 demoduladaDemodulador receptorAmplificad

44、or de RxTransmisor MDP-4: El transmisor MDP-4 se compone de una fuente MDP-4, un RRC, un modulador de RF y un amplificador de RF. La salida del amplificador se combina en el receptor con una seal interferente, con la misma o distinta modulacin, y con AWGN. En las Figuras de la Parte B se muestra com

45、o se combinan las seales interferentes y el AWGN. El mismo diseo de transmisor MDP-4 se ha utilizado para generar seales interferentes MDP-4 y MDP-8. Parmetros de simulacin del transmisor MDP-4: Para cada simulacin SPW se fij el conjunto de parmetros siguientes: a) Velocidad de la fuente de smbolos

46、MDP-4: 1,024 Msmbolos/s. b) Filtro raz de coseno alzado: factor de cada 0,5 (se utilizan 512 clulas de derivacin de retardo para conseguir el factor de cada especificado). c) Modulador de RF: 2,5 MHz. d) Amplificador de RF: funcionando 10 dB por debajo del punto de compresin de 1 dB; el punto de int

47、ercepcin de tercer orden se fija 6 dB por encima del punto de compresin de 1 dB; el punto de intercepcin de segundo orden se fija 16 dB por encima del punto de compresin de 1 dB; el factor de ruido del amplificador RF es 10 dB. Receptor MDP-4: El receptor MDP-4 consta de un amplificador RF, un demod

48、ulador de RF, un filtro RRC con factor de cada de 0,5 y un modulador coherente MDP-4. El amplificador de RF se hace funcionar en su zona lineal y el demodulador de RF realiza la conversin reduccin de la portadora de 2,5 MHz, siendo el demodulador MDP-4 del tipo filtro adaptado. La salida del demodul

49、ador MDP-4 se inyecta en el contador de SER. I. UIT-R SM.2022-1 9 3.1.2 Diseo SPW del enlace fijo deseado con modulacin MAQ-16 con receptor El enlace fijo deseado con modulacin MAQ-16 consta de un transmisor y de un receptor. Por simplicidad, en la Fig. 5 se muestra el diseo SPW de un transmisor MAQ-16 y en la Fig.