ITU-R S 1878 SPANISH-2010 Multi-carrier based transmission techniques for satellite systems《卫星系统用基于多载波的传输技术》.pdf

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1、 Recomendacin UIT-R S.1878(12/2010)Tcnicas de transmisin por multiportadora para sistemas de satlitesSerie SServicio fijo por satliteii Rec. UIT-R S.1878 Prlogo El Sector de Radiocomunicaciones tiene como cometido garantizar la utilizacin racional, equitativa, eficaz y econmica del espectro de frecu

2、encias radioelctricas por todos los servicios de radiocomunicaciones, incluidos los servicios por satlite, y realizar, sin limitacin de gamas de frecuencias, estudios que sirvan de base para la adopcin de las Recomendaciones UIT-R. Las Conferencias Mundiales y Regionales de Radiocomunicaciones y las

3、 Asambleas de Radiocomunicaciones, con la colaboracin de las Comisiones de Estudio, cumplen las funciones reglamentarias y polticas del Sector de Radiocomunicaciones. Poltica sobre Derechos de Propiedad Intelectual (IPR) La poltica del UIT-R sobre Derechos de Propiedad Intelectual se describe en la

4、Poltica Comn de Patentes UIT-T/UIT-R/ISO/CEI a la que se hace referencia en el Anexo 1 a la Resolucin UIT-R 1. Los formularios que deben utilizarse en la declaracin sobre patentes y utilizacin de patentes por los titulares de las mismas figuran en la direccin web http:/www.itu.int/ITU-R/go/patents/e

5、s, donde tambin aparecen las Directrices para la implementacin de la Poltica Comn de Patentes UIT-T/UIT-R/ISO/CEI y la base de datos sobre informacin de patentes del UIT-R sobre este asunto. Series de las Recomendaciones UIT-R (Tambin disponible en lnea en http:/www.itu.int/publ/R-REC/es) Series Ttu

6、lo BO Distribucin por satlite BR Registro para produccin, archivo y reproduccin; pelculas en televisin BS Servicio de radiodifusin sonora BT Servicio de radiodifusin (televisin) F Servicio fijo M Servicios mviles, de radiodeterminacin, de aficionados y otros servicios por satlite conexos P Propagaci

7、n de las ondas radioelctricas RA Radio astronoma RS Sistemas de deteccin a distancia S Servicio fijo por satlite SA Aplicaciones espaciales y meteorologa SF Comparticin de frecuencias y coordinacin entre los sistemas del servicio fijo por satlite y del servicio fijo SM Gestin del espectro SNG Period

8、ismo electrnico por satlite TF Emisiones de frecuencias patrn y seales horarias V Vocabulario y cuestiones afines Nota: Esta Recomendacin UIT-R fue aprobada en ingls conforme al procedimiento detallado en la Resolucin UIT-R 1. Publicacin electrnica Ginebra, 2011 UIT 2011 Reservados todos los derecho

9、s. Ninguna parte de esta publicacin puede reproducirse por ningn procedimiento sin previa autorizacin escrita por parte de la UIT. Rec. UIT-R S.1878 1 RECOMENDACIN UIT-R S.1878 Tcnicas de transmisin por multiportadora para sistemas de satlites (Cuestiones UIT-R 46-3/4 y UIT-R 73-2/4) (2010) Cometido

10、 Para lograr una utilizacin eficaz de los recursos de frecuencia y unos servicios de transmisin de datos a alta velocidad, las tcnicas de transmisin por multiportadora se consideran tecnologas muy prometedoras a la hora de proporcionar los futuros servicios de radiocomunicaciones. Esta Recomendacin

11、presenta una panormica general de las tcnicas de transmisin por multiportadora a travs de enlaces por satlite y da algunas orientaciones sobre la utilizacin de los esquemas de acceso mltiple por divisin de cdigo multiportadora (AMDC-MC) y de multiplexin por divisin de frecuencia ortogonal con interf

12、erometra de portadora (MDFO-CI) para los sistemas de radiocomunicaciones por satlite. La Asamblea de Radiocomunicaciones de la UIT, considerando a) que los satlites del servicio fijo por satlite (SFS) y del servicio mvil por satlite (SMS) son utilizados simultneamente por muchas estaciones terrenas

13、situadas en diferentes emplazamientos; b) que los esquemas de acceso mltiple por multiportadora tales como la multiplexin por divisin de frecuencia ortogonal Acceso mltiple por divisin de frecuencia (MDFO-AMDF o AMDFO), AMDC-MC y AMDT multifrecuencia (AMDT-MF) han sido adoptados, o se est consideran

14、do su adopcin, en muchas normas de sistemas terrenales y por satlite para su futura implementacin; c) que aunque los sistemas de tipo MDFO son ampliamente utilizados en las redes terrenales como medio para proporcionar una buena eficacia espectral y energtica en los canales selectivos en frecuencia,

15、 la MDFO presenta un elevado valor de la relacin entre las potencia de cresta y media (PAPR), lo que constituye un problema para el amplificador de alta potencia (HPA) del satlite; d) que es necesario un alto grado de libertad especialmente en las transmisiones por rfagas (es decir, de velocidad no

16、continua y variable) y por paquetes a alta velocidad; e) que para garantizar una utilizacin eficaz del espectro de frecuencias y de las rbitas, puede que sea conveniente determinar las caractersticas de acceso mltiple ptimas; f) que las caractersticas de transmisin de los sistemas de acceso mltiple,

17、 especialmente los sistemas de acceso mltiple por multiportadora, pueden tener importancia en sus interacciones mutuas, observando a) que la Recomendacin UIT-R S.1709 especifica el AMDF-MF como un formato de acceso del trfico de entrada para sistemas mundiales de comunicaciones por satlite en banda

18、ancha; b) que la Recomendacin UIT-R BO.1130 especifica el MDFO codificada (MDFOC) como una de las tcnicas de transmisin utilizadas para los servicios de radiodifusin sonora digital por satlite destinados a receptores en vehculos, porttiles y fijos en la gama de frecuencias 1 400-2 700 MHz; 2 Rec. UI

19、T-R S.1878 c) que el Informe UIT-R S.2173 proporciona material informativo de fondo sobre transmisiones multiportadora a travs de enlaces por satlite, incluidos los principios bsicos de funcionamiento, las hiptesis de aplicacin y el comportamiento de las transmisiones multiportadora a travs de enlac

20、es por satlite, analizadas mediante tcnicas informticas, recomienda 1 que se utilice el Anexo 1 como gua para planificar la utilizacin de un esquema MDFO-CI para los sistemas de radiocomunicaciones por satlite multiportadora; 2 que se utilice el Anexo 2 como gua para planificar la utilizacin de un e

21、squema AMDC-MC para los sistemas de radiocomunicaciones por satlite; 3 que las tcnicas en cuestin puedan ser empleadas incluso de forma combinada siempre que no exista una incompatibilidad bsica entre ellas. Anexo 1 Transmisin MDFO-CI en los sistemas de radiocomunicaciones por satlite 1 Introduccin

22、Este Anexo presenta un sistema de radiocomunicaciones por satlite que hace uso de transmisiones MDFO-CI y describe su comportamiento comparado con el de un sistema de radiocomunicaciones por satlite que utiliza transmisiones MDFO de una sola portadora. 2 modelo del sistema MDFO es una tecnologa de m

23、ultiportadora utilizada para superar el carcter selectivo en frecuencia de los entornos de radiocomunicaciones terrenales. Aparte de esta ventaja, el MDFO presenta otras ventajas que pueden aprovechar los sistemas de radiocomunicaciones por satlite y que figuran en el 5.2 del Informe UIT-R S.2173. S

24、in embargo, como se indica en dicho Informe, la MDFO presenta un elevado valor en la relacin entre las potencias de cresta y media (PAPR), lo cual es un problema importante para el amplificador de alta potencia (HPA) del satlite. MDFO-CI es un tipo de tecnologa de aleatorizacin de subportadora que p

25、uede implementarse en un sistema MDFO introduciendo un mdulo que realice una transformada rpida de Fourier (FFT) adicional en los extremos transmisor y receptor de un sistema de radiocomunicaciones, a fin de reducir la PAPR de las seales MDFO. Los principios operacionales de la MDFO-CI se describen

26、detalladamente en el 6.3 del Informe UIT-R S.2173. La Fig. 1 representa un sistema de satlites que utiliza transmisiones MDFO-CI. La fuente de datos produce un vector de palabras-mensaje que ataca a un codificador, cuya velocidad viene fijada por un controlador de codificacin y modulacin adaptativas

27、 (ACM). Los datos codificados pasan a continuacin a un traductor de smbolos cuya salida va a un generador de seal multiportadora (MSG) que se compone de dos bloques a efectos de simulacin: un generador de seal MDFO y un generador de seal MDFO-CI. Durante la simulacin se emplea slo uno de los bloques

28、 del MSG. Cada MSG genera un smbolo multiportadora a partir de un conjunto de N smbolos; siendo N el nmero de subportadoras utilizadas para la transmisin. La salida del MSG pasa a una HPA cuya Rec. UIT-R S.1878 3 salida ataca a un convertidor ascendente (U/C) de seal analgica que crea una seal analg

29、ica a partir de los smbolos en banda base digitales a la frecuencia portadora deseada y la enva al satlite a travs del canal. Como el satlite es transparente la seal recibida se amplifica y se retransmite. A menudo se utiliza un amplificador de tubo de ondas progresivas (ATOP) para los transpondedor

30、es del satlite y el sistema de satlites multiportadora (MCSS) puede emplear predistorsin de los smbolos para linealizar la salida del ATOP. Cabe sealar que muchos satlites modernos se fabrican hoy en da con ATOP linealizados (ATOP-L) y que la combinacin de un precodificador de smbolos con un ATOP es

31、 esencialmente un ATOP-L. El receptor recibe la seal analgica transmitida contaminada por el ruido y otras degradaciones y la traslada a un muestreador de seal o a un estimador de canal. La seal recibida se dirige al estimador de canal se transmite la seal piloto. El estimador de canal realiza una e

32、stimacin instantnea de la relacin portadora/ruido (C/N) a travs del canal y selecciona una combinacin de modulacin y codificacin (MODCOD) adecuada. La seleccin MODCOD se retransmite de vuelta al controlador ACM del transmisor y se utiliza para determinar la modulacin y codificacin adecuadas que debe

33、n emplearse en la demodulacin y decodificacin de las muestras recibidas. Cuando se reciben los datos en el receptor, las seales pasan al muestreador de seal que crea un conjunto de muestras, muestreadas a la velocidad de Nyquist, que se trasladan a la unidad de procesamiento multiportadora (MPU). Es

34、ta MPU se compone de dos mdulos para la simulacin: una unidad de procesamiento MDFO y una unidad de procesamiento MDFO-CI. El receptor utiliza el mdulo MPU correspondiente al mdulo MSG utilizado por el transmisor. Cada MPU produce un conjunto de N smbolos a partir de una muestra de smbolo multiporta

35、dora. La salida del MPU va a un traductor de smbolos inverso, que emplea los valores medios de las constelaciones recibidas de cada modulacin y sus respectivas magnitudes del vector error para crear estimaciones estrictas o aproximadas de cada bit trasmitido, que se dirigen al decodificador. El deco

36、dificador toma una decisin sobre los datos transmitidos y los traslada al sumidero de datos. FIGURA 1 Diagrama de bloques de la simulacin de un MCSS que utiliza transmisiones MDFO-CI S.1878-01U/C HPAD/CLNAFuente de datosCodi-ficadorTraductordesmbolosGen. de seal MDFOGen. de seal MDFO-CIControlador d

37、e codificacin ymodulacin adaptativasMuestreadorde sealUnidad deprocesamientoMDFOUnidad deprocesamientoMDFO-CITraductor desmbolosinversoEstimadorde canalSumiderode datosDecodi-ficadorProcesamiento deseal multiportadoraDemodulador de la codificacin y modulacin adaptativasGenerador de sealmultiportador

38、aCodificacin y modulacin adaptativasMODCOD del receptorMODCOD al transmisorATOP-L4 Rec. UIT-R S.1878 3 Resultados del funcionamiento del MDFO-CI en un canal de satlite no lineal Los resultados de la simulacin presentados en este punto se obtuvieron utilizando el modelo de sistema descrito en el 2 de

39、l presente anexo. El esquema1DVB-S2 ACM se utiliza en el modelo del sistema con 100 iteraciones de decodificacin del algoritmo de propagacin de creencias2(belief algorithm). Los smbolos en banda base se sobremuestrean por un factor de 4 para obtener una representacin adecuada de la seal modulada y s

40、e emplean 64 subportadoras a fin de generar los smbolos multiportadora. El ATOP-L es el descrito en el 10.3.2 del Informe UIT-R S.2173. Se supone que la estimacin de canal y de ruido y la comunicacin del receptor al transmisor no presentan errores. La forma ms adecuada de evaluar el comportamiento d

41、e una tcnica de reduccin de la PAPR es midiendo la degradacin total (DT) del valor de la tasa de errores en paquetes (PER) entre un sistema con un amplificador3lineal ideal, denominado en lo que sigue amplificador lineal, y el sistema sometido a estudio4, teniendo en cuenta la degradacin causada por

42、 la reduccin de potencia de entrada (IBO). Matemticamente esto puede expresarse como sigue: DT (dB) = C/Nnolineal (dB) C/Nlineal (dB) + IBO dB (1) siendo C/Nlineal y C/Nnolineallos valores de C/N necesarios para obtener una PER particular en el HPA lineal y no lineal, respectivamente. El Cuadro 1 pr

43、esenta la DT causada al aplicar una modulacin DVB-S2 diferente a travs de un ATOP-L, obtenido para una PER de 103. Obsrvese que para comparar adecuadamente C/N del HPA lineal con C/N del sistema con ATOPL, el valor equivalente de C/N es: C/Neq(dB) = C/N (dB)+ IBOoptdB (2) Esta conversin debe realiza

44、rse para comparar correctamente el comportamiento de ambos sistemas funcionando con su mxima potencia de salida. El HPA lineal funciona con una IBO de 0 dB (saturacin del HPA) mientras que el ATOP-L no funciona necesariamente en estado de saturacin. Los resultados de la simulacin para el SCSS con AT

45、OP-L especifican que la IBO5ptima (IBOopt) a la que funciona el ATOP-L es 0 dB6. Para una modulacin de envolvente constante tal como la MDP M-aria, no se produce degradacin; no obstante, la degradacin para MDPA-16 es despreciable mientras que se produce una degradacin importante en el caso de MDPA-3

46、2. El Cuadro 1 demuestra que un sistema de satlites de una sola portadora (SCSS) puede funcionar empleando DVB-S2 con unas prdidas muy pequeas si se compara con el sistema terico con amplificador lineal. 1Para ms informacin sobre DVB-S2 consltese el 9.2 del Informe UIT-R S.2173. 2Para ms informacin

47、sobre el algoritmo de propagacin de creencias consltese el 7.4.4 del Informe UIT-R S.2173. 3Obsrvese que un amplificador lineal ideal tiene una funcin de transferencia lineal y ningn punto de saturacin. Ello significa que el amplificador lineal ideal no introduce ruido causado por el recorte. 4El si

48、stema sometido a estudio podra ser un SCSS con amplificador no lineal o un MCSS con o sin tcnicas de reduccin de la PAPR. 5Para ms informacin sobre la forma de determinar IBOopt, vase el 10.3.2 del Informe UIT-R S.2173. 6Esto corrobora los resultados presentados en el 10.3.2 del Informe UIT-R S.2173. Rec. UIT-R S.1878 5 CUADRO 1 Degradacin debida al ATOP-L en un sistema de satlites que utiliza varias combinaciones de MODCOD DVB-S2 MODCOD Eficacia espectral (bit/s/Hz) Amp. lineal ATOP-L C/Neq (dB) PER = 103C/Neq (dB) PER = 103DTATOP-L(dB) MDPQ 1/4 0,49 2,96 2,96 0 MD