ITU-R S 1425 FRENCH-2000 Transmission Considerations for Digital Carriers Using Higher Levels of Modulation on Satellite Circuits《使用较高级的卫星电路调制的数字载体的传输注意事项》.pdf

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1、 Rec. UIT-R S.1425 1 RECOMMANDATION UIT-R S.1425 CONSIDRATIONS DE TRANSMISSION RELATIVES AUX PORTEUSES NUMRIQUES UTILISANT DES MTHODES DE MODULATION PLUS LABORES SUR DES CIRCUITS PAR SATELLITE*(Questions UIT-R 73/4 et UIT-R 230/4) (2000) Rec. UIT-R S.1425 LAssemble des radiocommunications de lUIT, c

2、onsidrant a) que le spectre des frquences radiolectriques et lorbite des satellites gostationnaires sont des ressources limites; b) que certaines bandes de frquences attribues au SFS sont encombres; c) quen raison de lvolution rapide de diffrents services de radiocommunication, les conditions de par

3、tage dans de nombreuses bandes de frquences deviennent de plus en plus difficiles; d) quil est possible damliorer lefficacit dutilisation du spectre par les rseaux satellite en faisant appel des mthodes de modulation plus labores que la MDPQ, par exemple la MDP-8 et la MAQ-16; e) que lefficacit en t

4、ermes de puissance des rseaux satellite peut tre amliore grce lutilisation de techniques de codage appropries; f) quil existe en permanence un besoin de mise jour des informations disponibles sur les caractristiques et la qualit des transmissions par satellite; g) que diffrentes techniques de transm

5、ission peuvent tre mises en uvre afin de transporter le mme flux dinformations, tenant compte du fait a) que les circuits par satellite qui mettent en utilisant des techniques de modulation plus labores et en particulier la modulation MAQ (la modulation MAQ-16 par exemple), sont plus sensibles aux d

6、istorsions linaires et non linaires que ceux qui mettent en modulation MDPQ; b) que les circuits par satellite qui mettent en utilisant des techniques de modulation plus labores (les modulations MDP-8 et MAQ-16 par exemple), sont plus sensibles au bruit de phase que ceux qui mettent en modulation MD

7、PQ; c) que lemploi de techniques de modulation plus labores amliore lefficacit dutilisation de la largeur de bande, pour une valeur donne du rapport Eb/ N0, au prix dune puissance dmetteur accrue ou dune augmentation du rapport G/T de la station terrienne et dun accroissement de la p.i.r.e. de la st

8、ation terrienne, recommande 1 que les informations contenues dans lAnnexe 1 soient utilises comme lignes directrices pour lobtention dune qualit de transmission des circuits par satellite utilisant des mthodes de modulation plus labores, par exemple la modulation MDP-8 et MAQ-16. _ *La prsente Recom

9、mandation doit tre soumise lattention des Groupes de travail 4 SNG et 10-11S des radiocommunications. 2 Rec. UIT-R S.1425 ANNEXE 1 Considrations relatives la transmission dans le cas des porteuses utilisant des mthodes de modulation plus labores sur les circuits par satellite 1 Introduction/objet La

10、 prsente Annexe fournit des informations concernant la mise au point de nouvelles techniques destines, mais non rserves aux rseaux du SFS, le but tant dabord daccrotre la capacit de dbit du spectre disponible qui est attribu ce service. Ce rsultat pourrait tre obtenu en appliquant des techniques de

11、modulation plus efficaces en matire de transmission de linformation. 2 Gnralits 2.1 Objectif Grce la puissance accrue des rpteurs de satellite et aux techniques de correction derreur concatnation, des mthodes de modulation plus labores (par exemple la modulation MDP-8 et MAQ-16) sont actuellement ap

12、plicables aux systmes de communication satellites OSG. Ces techniques de modulation amliorent nettement lefficacit dutili-sation de la largeur de bande du rpteur conformment aux besoins propres aux structures et aux applications du format large bande, telles que mode de transfert asynchrone (ATM), r

13、elais de trame et TVHD. Pour atteindre un niveau accep-table de qualit de service, caractris par un faible taux TEB et des dbits de donnes accrus associs aux techniques de modulation plus labores, il est ncessaire non seulement dobtenir un meilleur rapport C/N lentre du dmodulateur, mais aussi de li

14、miter le brouillage et de rduire la distorsion lintrieur des circuits de transmission par satellite. Cette Recommandation dcrit les caractristiques propres des techniques de modulation plus labores juges applicables aux rseaux satellite gostationnaire et donne une explication dtaille de leur vulnrab

15、ilit et de leur sensibilit accrue aux dgradations de la transmission. Elle prsente en outre les essais et les rsultats concernant des circuits MDP-8 et MAQ-16 visant dterminer leurs spcifications de fonctionnement dans un rseau satellite type. 2.2 Techniques de modulation MDP-8 et MAQ-16 Dans le cas

16、 dune modulation MDP-8, le symbole transmis est une porteuse sinusodale comportant 8 phases rgulirement espaces. Le diagramme vectoriel de codage est reprsent la Fig. 1. Chaque symbole modul MDP-8 correspond trois occupations de bits de lusager, contre deux dans le cas de la modulation MDPQ, augment

17、ant ainsi de 50% lefficacit dutilisation de la largeur de bande. Par ailleurs, les symboles sont rapprochs en phase de 45 par comparaison la modulation MDPQ, ce qui complique le processus de prise de dcision au niveau du rcepteur. Daprs des calculs thoriques, et en labsence de toute technique de cor

18、rection derreur, la modulation MDP-8 exige 7 dB de plus dnergie par bit que la modulation MDPQ, pour obtenir un TEB de 1 108. La Fig. 2 est un exemple de diagramme vectoriel de codage relatif la modulation MAQ 4 4 (MAQ-16). Chaque symbole correspond 4 bits dinformation, le rcepteur devant distinguer

19、 entre les diffrentes combinaisons propres au processus de modulation en phase et en amplitude. Comme indiqu la Fig. 2, le rcepteur doit donc distinguer entre les 12 phases et les quatre amplitudes possibles, pour pouvoir prendre une dcision. Puisque la sparation entre les tats du signal est encore

20、plus rduite que pour la modulation MDP-8, le bruit damplitude, et le bruit de phase, influeront davantage sur le processus de prise de dcision. Toutefois, en dpit dune vulnrabilit la dgradation des transmissions suprieure la modulation MDP-8, lutilisation de la largeur de bande est amliore de 100% p

21、ar rapport la modu-lation MDPQ. Rec. UIT-R S.1425 3 1425-01(010)(011)(100)(101) (110)(111)(001)(000)(Es)1/2Lignes de dcisionEs: nergie par symboleFIGURE 1Diagramme vectoriel de codagepour la modulation MDP-8FIGURE 1/S.1425-01 = 3 CM 1425-02(0110)(Es)1/2(0101) (0011) (0010)(0111)(0100)(0000) (0001)(1

22、001)(1000)(1100) (1111)(1010)(1011) (1101) (1110)(Es)1/2(Es)1/2FIGURE 2Diagramme vectoriel de codage pour lamodulation MAQ-16Es : nergie par symboleLignes de dcisionFIGURE 2/S.1425-02 = 3 CM 3 Mthodes dessai et mesures relatives aux transmissions 3.1 Description de linstallation dessai Des essais on

23、t t raliss afin dtudier les limites en matire de capacit et de circuit ncessaires aux transmissions large bande modulation MAQ-16 dans un rseau satellite. A cet effet, une configuration dessai souple a t mise en uvre permettant galement de dterminer et doptimiser les points intermdiaires de niveau r

24、elatif zro associs aux lments de transmission non linaires du rseau. La Fig. 3 prsente un schma fonctionnel de la configuration dessai utilise. Les interrupteurs indiqus sur cette Figure permettent dobtenir les diffrentes configurations exprimentales employes. 4 Rec. UIT-R S.1425 1425-03123465781191

25、0 12FIGURE 3Dispositif exprimental utilis pour les essais de transmission de donnesModem 1Egaliseur deretards de groupeElvateur defrquenceAmplificateurde puissanceATOPTranslatorDispositif de mesure dubruit et des brouillagesModemtestDispositifde mesuredu TEDAbaisseur defrquenceAnalyseurde spectreTra

26、ceusede courbeSatelliteAmplificateur faible bruitATOP: amplificateur tube ondes progressivesFIGURE 3/S.1425-03 = 3 CM La largeur de bande dmission de toutes les configurations de rseau a t limite celle dun rpteur 36 MHz. Dans tous les essais, le dbit de transmission numrique choisi a t 45 Mbit/s (DS

27、-3). Des largeurs de bande denviron 26 et 15 MHz ont t dtermines pour les modems de transmission de donnes MDP-8 et MAQ-16 utiliss dans ces essais. Un fonctionnement multiporteuse dans un rpteur unique a donc t possible dans le cas de la modulation MAQ-16. A tous les dbits, tous les modems utiliss l

28、ors des essais dcrits ici utilisent un taux de CED de 3/4 et un dbit de codage externe Reed-Solomon (RS) avec concatnation de 188,204. Les mesures du CED effectues au cours de ces essais ont t ralises sous forme de mesure du rapport Eb/ N. Pour les besoins de la prsente Annexe, les rsultats obtenus

29、ont t convertis en rapport C/N. La formule de transformation suivante a t utilise: C/N = Eb/ N0+ 10 log (p CED RS/1,2) avec: p = 2 pour la modulation MDPQ = 3 pour la modulation MDP-8 = 4 pour la modulation MAQ-16 CED : taux de CED (par exemple 3/4) RS : dbit de codage Reed-Solomon (par exemple 188,

30、204) 1,2 : rapport largeur de bande/dbit de symbole. 3.2 Configurations exprimentales et rsultats 3.2.1 Essai de rfrence FI sur boucle avec retour Un premier dispositif exprimental a t ralis afin de tester les modems dans un montage dessai FI sur boucle avec retour. Cet essai correspond la fermeture

31、 de linterrupteur 2 et louverture de linterrupteur 1 reprsents sur la Fig. 3, cest-dire la configuration exprimentale reprsente la Fig. 4. Lobjectif tait dobtenir une mesure de rfrence pour les mesures exprimentales RF ultrieures. Les mesures ont t ralises pour les diffrentes techniques de modulatio

32、n considres (MDPQ, MDP-8 et MAQ-16). La Fig. 5 reprsente les valeurs du TEB obtenues pour chacune de ces mthodes de modulation. Rec. UIT-R S.1425 5 1425-04FIGURE 4Schma fonctionnel de lessai FI sur boucle avec retourDispositif demesuredu TEBModemtestDispositif demesure dubruit et desbrouillagesAnaly

33、seurde spectreTraceusede courbesFIGURE 4/S.1425-04 = 3 CM 1425-050 2 4 6 8 10 12 141042510510625107251082510925C/N (dB)MDPQMDP-8MAQ-6FIGURE 5Rsultats de lessai FI sur boucle avec retourTEBFIGURE 5/S.1425-05 = 3 CM Comme on peut le constater sur la Fig. 5, un TEB de 1 108exige des rapports C/N du cir

34、cuit de transmission respectivement gaux 5,5, 8,7 et 12,2 dB en ce qui concerne les techniques de modulation MDPQ, MDP-8 et MAQ-16. 6 Rec. UIT-R S.1425 3.2.2 Mesures RF de rfrence Pour quantifier les effets de la non-linarit de lamplificateur de puissance de la station terrienne, le montage exprimen

35、tal a t configur (ce qui correspond sur la figure la fermeture des interrupteurs 3, 4, 6 et 7) de faon obtenir un circuit excluant les composantes spatiales. Des essais ont t raliss pour dterminer les effets de la distorsion de linarit sur la modulation MAQ-16, en rduisant le niveau dentre des signa

36、ux par rapport au niveau de saturation, jusqu obtention dun point de fonctionnement acceptable. Daprs la srie dessais effectus, la rduction lentre doit tre de 14 16 dB par rapport au niveau de saturation, avant que des niveaux acceptables de non-linarit puissent tre atteints. La Fig. 6 reprsente la

37、dgradation de la qualit de fonctionnement due la non-linarit de lamplificateur de puissance, par rapport aux essais FI sur boucle avec retour. Daprs les rsultats, lutilisation de lampli-ficateur de puissance avec une rduction lentre de 14 16 dB a pour effet daugmenter le rapport C/N de 0,4 0,6 dB da

38、ns la premire partie, pour un TEB gal 1 108. 1425-061042510510610710810102525252525109C/N (dB)BoucleRecul lentre, 16 dBRecul lentre, 14 dBFIGURE 6Linarit de lamplificateur de puissance de la station terrienne lentre de la porteuse modulation MAQ-16BER11,5 12 12,5 13 13,5FIGURE 6/S.1425-06 = 3 CM 3.2

39、.3 Linarit du rpteur de satellite Pour dterminer un point de fonctionnement acceptable de lamplificateur ATOP, le dispositif dessai de rseau a t configur de faon inclure une composante de trajet RF (fermeture des interrupteurs 3, 4, 7, 10 et 12 sur le schma de la Fig. 3). Cette configuration a permi

40、s de faire passer le signal RF par lamplificateur ATOP. Lessai a consist faire varier le niveau dun signal dentre dune porteuse unique modulation MAQ-16 appliqu lamplificateur ATOP, avec une rduction de 16 dB lentre de lamplificateur de puissance et un rapport C/N constant denviron 14 dB. La Fig. 7

41、reprsente les rsultats en termes de TEB du signal modulation MAQ-16 en fonction de la rduction lentre par rapport au niveau de saturation. Le Tableau 1 indique les caractristiques de transfert dun amplificateur ATOP type. Rec. UIT-R S.1425 7 1425-076 8 10 12 141032510410525106251072510825TEBFIGURE 7

42、Linarit du rpteur de satelliteRduction lentre de lamplificateur de puissance de la station terrienne = 16 dB,rapport C/N dentre de lamplificateur ATOP = 13,8 dBTEBRduction lentre du rpteur (dB)FIGURE 7/S.1425-07 = 3 CM TABLEAU 1 Caractristiques de transfert dun amplificateur ATOP type 3.2.4 Essais e

43、ffectus sur la totalit du systme La Fig. 8 prsente les valeurs de TEB obtenues pour des porteuses uniques modulation MDPQ, MDP-8 et MAQ-16 travers un rseau complet. Les rsultats des mesures sont indiqus pour deux niveaux du signal dentre au rcepteur du Rduction lentre (dB) Rduction la sortie (dB) 0,

44、0 0,0 1,0 0,1 2,0 0,3 3,0 0,6 4,0 1,0 5,0 1,4 6,0 1,8 7,0 2,4 8,0 3,0 9,0 3,8 10,0 4,6 11,0 5,5 12,0 6,5 13,0 7,6 8 Rec. UIT-R S.1425 satellite, correspondant respectivement des points de fonctionnement avec rduction lentre de 13 et 10 dB respec-tivement lamplificateur ATOP du satellite. Le point de

45、 fonctionnement de lamplificateur de puissance de la station terrienne a t maintenu avec une rduction constante de 16 dB. La comparaison des Fig. 5 et 8 fait apparatre, par rapport lessai FI sur boucle avec retour, une dgradation du TEB du rseau complet denviron 1,1 2,5 dB, selon la rduction lentre

46、de lamplificateur ATOP du satellite. 1425-080 5 10 1510525106107251082510925101025C/N (dB)MDPQMDP-8MAQ-16/10MAQ-16/13FIGURE 8Systme completRduction lentre de lamplificateur de puissanceATOP = 16/10 et 16/13 dBTEBFIGURE 8/S.1425-08 = 3 CM 3.2.5 Configuration porteuses multiples et rsultats des essais

47、 correspondants Un montage dessai porteuses multiples a t ralis en ajoutant un deuxime modem au rseau (fermeture des interrup-teurs 3, 4, 6 et 8). Des essais ont t effectus sur un conduit RF dont la configuration correspondait au fonctionnement de deux porteuses MAQ-16 45 Mbit/s dans un rpteur unique. Les frquences centrales ont t ajustes pour obtenir une sparation de 17 MHz dans le rpteur 36 MHz. La puissance totale dentre applique lamplificateur de puissance/ATOP a t maintenue un n