1、 Rec. UIT-R S.1425 1 RECOMENDACIN UIT-R S.1425 CONSIDERACIONES SOBRE LA TRANSMISIN DE PORTADORAS DIGITALES QUE UTILIZAN LOS NIVELES DE MODULACIN MS ELEVADOS EN LOS CIRCUITOS POR SATLITES*(Cuestiones UIT-R 73/4 y UIT-R 230/4) (2000) Rec. UIT-R S.1425 La Asamblea de Radiocomunicaciones de la UIT, cons
2、iderando a) que el espectro radioelctrico y la rbita de los satlites geoestacionarios son recursos limitados; b) que existe congestin del espectro en algunas bandas de frecuencias atribuidas al SFS; c) que debido al rpido desarrollo de distintos servicios de radiocomunicaciones, las condiciones de c
3、omparticin en muchas bandas de frecuencias son cada vez ms difciles; d) que la eficacia espectral de las redes de satlites puede aumentarse utilizando modulaciones de nivel ms elevado tales como la MDP-8 y MAQ-16, en comparacin con la MDP-4; e) que la eficacia de la potencia de las redes de satlites
4、 puede mejorarse utilizando las tcnicas de codificacin adecuadas; f) que hay una continua necesidad de actualizar la informacin disponible sobre las caractersticas de las transmisiones de satlites y su calidad de funcionamiento correspondiente; g) que pueden aplicarse diversas tcnicas de transmisin
5、para transportar el mismo tren de informacin, teniendo en cuenta a) que los circuitos de satlites que transmiten modulaciones de niveles ms elevados, y en particular la MAQ tal como la MAQ-16, son ms sensibles a las distorsiones lineales y no lineales que los que transmiten seales MDP-4; b) que los
6、circuitos de satlites que transmiten modulaciones de niveles ms elevados tales como MDP-8 y MAQ-16 son ms sensibles al ruido de fase que los que transmiten en formato MDP-4; c) que la utilizacin de tcnicas de modulacin de nivel ms elevado mejora la eficacia de la anchura de banda para una determinad
7、a relacin Eb/ N0a expensas de utilizar ms potencia en el transmisor o un mayor valor tanto de la relacin G/T como de la p.i.r.e. en la estacin terrena, recomienda 1 que la informacin contenida en el Anexo 1 sirva como orientacin para lograr la calidad de transmisin en los circuitos de satlites que u
8、tilizan modulaciones de niveles ms elevados tales como MDP-8 y MAQ-16. _ *Esta Recomendacin debe sealarse a la atencin de los Grupos de Trabajo 4 SNG y 10-11S de Radiocomunicaciones. 2 Rec. UIT-R S.1425 ANEXO 1 Consideraciones sobre la transmisin de portadoras que utilizan los niveles de modulacin m
9、s elevados en los circuitos por satlites 1 Introduccin El presente Anexo proporciona informacin sobre el desarrollo de nuevas tecnologas destinadas a su utilizacin por las redes del SFS, pero no exclusivamente de las mismas. El objeto inicial de estos desarrollos es aumentar la capacidad del espectr
10、o disponible atribuido a este servicio. Ello puede lograrse utilizando procesos de modulacin ms eficaces para la transmisin de la informacin. 2 Antecedentes 2.1 Objetivo Con el aumento de la potencia del transpondedor de satlite y con el empleo de tcnicas de correccin de errores concatenados ha sido
11、 posible utilizar esquemas de modulacin con niveles ms elevados tales como MDP-8 y MAQ-16 para su aplicacin en los sistemas de comunicaciones de satlites en rbita de satlites geoestacionarios (OSG). Estas modulaciones de orden superior mejoran significativamente la eficacia de la anchura de banda de
12、l transpondedor, que se adapta a las necesidades en cuanto a estructura y aplicaciones del formato de banda ancha, tales como el modo de transferencia asncrono (ATM), la retransmisin de trama y la TVAD. Para lograr una calidad de servicio aceptable, caracterizada por un valor reducido de la BER, as
13、como velocidades de transmisin de datos ms elevadas con las modulaciones de orden superior es necesario no slo lograr una mayor relacin C/N a la entrada del demodulador sino tambin controlar la interferencia y limitar la distorsin en los circuitos de transmisin del satlite. Esta Recomendacin describ
14、e la naturaleza de las modulaciones de orden ms elevado que se pueden aplicar a las redes de satlites geoestacionarios e indica las razones de su susceptibilidad y mayor sensibilidad a las degradaciones de la transmisin. Tambin describe las pruebas y resultados de los circuitos MDP-8 y MAQ-16 establ
15、ecidos para determinar sus requisitos de funcionamiento en una red de satlites tpica. 2.2 Esquemas de modulacin MDP-8 y MAQ-16 En una MDP-8 el smbolo transmitido es una portadora sinusoidal con 8 fases equiespaciadas. En la Fig. 1 se representa el diagrama seal-espacio. Cada smbolo del esquema MDP-8
16、 representa tres ocupaciones de bits de usuario y en el mtodo MDP-4 cada smbolo son dos bits, mejorando de esa forma la utilizacin de la anchura de banda en un 50%. Por otro lado, cada smbolo se encuentra 45 ms prximo a los dems en fase, en comparacin con los smbolos del esquema MDP-4 que supone una
17、 mayor dificultad en los procesos de toma de decisin por parte del receptor. Los clculos tericos han demostrado que si no se aplican tcnicas de correccin de errores, el esquema MDP-8 exige 7 dB ms de energa por bit que el esquema MDP-4 para lograr una BER de 1 108. La Fig. 2 es el diagrama seal-espa
18、cio de un ejemplo de modulacin de amplitud en cuadratura 4 4 (MAQ-16). Cada smbolo representa 4 bits de informacin y requiere que el receptor distinga entre las distintas combinaciones de los procesos de modulacin de fase y amplitud. Como puede verse en dicha Figura, el receptor debe distinguir entr
19、e las 12 fases y cuatro amplitudes posibles para tomar una decisin. Como la separacin entre los estados de la seal es an menor que en el caso de MDP-8, tanto el ruido de amplitud como el ruido de fase tienen un efecto ms acusado en el proceso de toma de decisin. Sin embargo, aunque es ms vulnerable
20、a las degradaciones de la transmisin que el esquema MDP-8, la utilizacin de la anchura de banda mejora en un 100% en comparacin con el mtodo MDP-4. Rec. UIT-R S.1425 3 1425-01(010)(011)(100)(101) (110)(111)(001)(000)(Es)1/2FIGURA 1Diagrama seal-espacio MDP-8Lneas de decisnEs: Energa por smboloFIGURE
21、 1/S.1425-01 = 3 CM 1425-02(0110)(Es)1/2(0101) (0011) (0010)(0111)(0100)(0000) (0001)(1001)(1000)(1100) (1111)(1010)(1011) (1101) (1110)(Es)1/2(Es)1/2FIGURA 2Diagrama seal-espacio MAQ-16Lneas dedecisinEs: Energa por smboloFIGURE 2/S.1425-02 = 3 CM 3 Mtodos y mediciones en la prueba de transmisin 3.1
22、 Descripcin del dispositivo de prueba Se han realizado pruebas para determinar la capacidad y las limitaciones del circuito necesarias para realizar transmisiones en banda ancha MAQ-16 en una red de satlites. A tal efecto se cre una configuracin de prueba flexible que tambin permita determinar y opt
23、imizar los puntos de nivel de transmisin intermedios asociados con los elementos de transmisin no lineales de la red. La Fig. 3 representa el diagrama de bloques de la configuracin de prueba utilizada. Los puntos de conmutacin que aparecen en dicha Figura tienen por objeto resaltar la variedad de la
24、s configuraciones de prueba utilizadas. 4 Rec. UIT-R S.1425 1425-031234657811910 12FIGURA 3Dispositivo para realizar las pruebas de transmisi de datosMdem 1SatliteHPAATOPGenerador de ruidoe interferenciaTrazadorConversordescendenteDispositivosde prueba dela BEREcualizador deretardo de grupoConversor
25、ascendenteConmutadorMdem sometido apruebaAnalizadorde espectroLNAATOP: amplificador de tubo de ondas progresivasHPA: amplificador de alta potenciaLNA: amplificador de bajo nivel de ruidoFIGURE 3/S.1425-03 = 3 CM La anchura de banda de transmisin de cualquiera de las configuraciones de la red se limi
26、t a la de un transpondedor de 36 MHz. En todas las pruebas, se eligi una velocidad de transmisin digital de 45 Mbit/s (DS-3). Las anchuras de banda espectrales de los mdems de datos MDP-8 y MAQ-16 utilizados en estas pruebas fueron de aproximadamente 26 MHz y 15 MHz. Ello permiti una transmisin mult
27、iportadora en un solo transpondedor para el esquema MAQ-16. Todos los mdems y en todas las velocidades utilizadas en las pruebas aqu indicadas incorporaban una FEC de ndice 3/4 y una codificacin exterior Reed-Solomon (RS) 188,204 concatenada. Las mediciones de la BER efectuadas durante estas pruebas
28、 se hicieron con respecto a las relaciones Eb/ N. A efectos de presentacin, los resultados se convirtieron a un formato C/N. La conversin entre ambos formatos se logra aplicando la siguiente frmula: C/N = Eb/ N0+ 10 log (p FEC RS/1,2) siendo: p = 2 para MDP-4 = 3 para MDP-8 = 4 para MAQ-16 FEC : vel
29、ocidad de codificacin FEC (por ejemplo, 3/4) RS : velocidad de codificacin Reed-Solomon (por ejemplo, (188,204) 1,2 : relacin entre la anchura de banda y la velocidad de smbolos. 3.2 Configuraciones de prueba y resultados 3.2.1 Prueba del bucle de FI bsico Se estableci una configuracin de prueba ini
30、cial para probar los mdems en un dispositivo de bucle FI. Se logr de una manera figurada cerrando el punto de conmutacin 2 y abriendo el punto de conmutacin 1 del dispositivo mostrado en la Fig. 3, dando lugar a la configuracin de prueba representada en la Fig. 4. El objeto de las pruebas era lograr
31、 un cir-cuito bsico para efectuar las mediciones de prueba en RF. Dichas mediciones se realizaron para los esquemas MDP-4, MDP-8 y MAQ-16. En la Fig. 5 aparece la caracterstica de la BER resultante para cada esquema de modulacin. Rec. UIT-R S.1425 5 1425-04FIGURA 4Diagrama de bloques del dispositivo
32、 de prueba del bucle de FIComprobadorde la BERMdemsometidoa pruebaGeneradorde ruido einterferenciaAnalizadorde espectroTrazadorFIGURE 4/S.1425-04 = 3 CM 1425-050 2 4 6 8 10 12 141042510510625107251082510925C/N (dB)MDP-4MDP-8MAQ-16FIGURA 5Resultados de la prueba del bucle de FIBERFIGURE 5/S.1425-05 =
33、 3 CM Puede observarse en la Fig. 5 que para una BER de 1 108el valor requerido de la relacin C/N del circuito en el caso de MDP-4, MDP-8 y MAQ-16 es de 5,5, 8,7 y 12,2 dB, respectivamente. 6 Rec. UIT-R S.1425 3.2.2 Prueba bsica en RF Para cuantificar los efectos de la no linealidad del HPA de la es
34、tacin terrena, el dispositivo de prueba se configur (de manera figurada cerrando los puntos de conmutacin 3, 4, 6 y 7) de manera que se estableca un trayecto que exclua las componentes espaciales. Se realizaron pruebas para determinar los efectos de la distorsin de la linealidad en el esquema MAQ-16
35、 reducido a la potencia de la seal de entrada desde el nivel de saturacin del HPA hasta obtener un punto de funcionamiento aceptable. Una serie de pruebas indicaron que se necesitaba entre 14 y 16 dB de reduccin de potencia a la entrada con respecto al nivel de saturacin antes de lograr niveles de n
36、o linealidad aceptables. La Fig. 6 presenta un grfico con las degradaciones de la calidad de funcionamiento debidas a la no linealidad del HPA en comparacin con el caso del bucle de FI. Los resultados muestran que si el HPA funciona en un punto igual a 14 a 16 dB de reduccin de potencia a la entrada
37、, se aumenta la C/N requerida entre 0,4 y 0,6 dB para una BER de 1 108. 1425-061042510510610710810102525252525109C/N (dB)BucleReduccin de potencia a la entrada, 16 dBReduccin de potencia a la entrada, 14 dBFIGURA 6Linealidad del HPA de la estacin terrenaReduccin de potencia de la portadora a la entr
38、ada, MAQ-16BER11,5 12 12,5 13 13,5FIGURE 6/S.1425-06 = 3 CM 3.2.3 Linealidad del transpondedor del satlite Para determinar un punto de funcionamiento aceptable del ATOP del satlite, la red se configur de manera que inclu-yese una componente de trayecto de RF (de manera figurada cerrando los puntos d
39、e conmutacin 3, 4, 7, 10 y 12). Con ello se encamin la seal de RF a travs del ATOP. La prueba consisti en variar el nivel de una sola portadora MAQ-16 a la entrada del ATOP mientras que la entrada al HPA se mantena con una reduccin de potencia de 16 dB y una relacin C/N constante de aproximadamente
40、14 dB. La Fig. 7 representa la caracterstica de la BER para MAQ-16 a la salida del ATOP, en funcin de la reduccin de potencia de la seal de entrada con respecto a su punto de saturacin. En el Cuadro 1 aparecen las caractersticas de transferencia para un ATOP tpico. Rec. UIT-R S.1425 7 1425-076 8 10
41、12 141032510410525106251072510825BERFIGURA 7Linealidad del transpondedor del satliteReduccin de potencia a la entrada del HPA de la estacin terrena = 16 dB,C/N a la entrada del ATOP = 13,8 dBBERReduccin de potencia a la entrada del transpondedor (dB)FIGURE 7/S.1425-07 = 3 CM CUADRO 1 Caractersticas
42、de transferencia de un ATOP tpico 3.2.4 Pruebas de todo el sistema La Fig. 8 presenta la caracterstica de la BER para una sola portadora MDP-4, MDP-8 y MAQ-16 a travs de una red completa. Los resultados de la prueba se muestran para dos niveles de entrada en el receptor del satlite, que Reduccin de
43、potencia a la entrada (dB) Reduccin de potencia a la salida (dB) 0,0 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 corresponden a unas reducciones de potencia a nivel de entrada en el punto de funcionamiento del AT
44、OP del satlite de 13 dB y 10 dB. El punto de funcionamiento del HPA de la estacin terrena se mantuvo con una reduccin de potencia constante de 16 dB. La comparacin de las Figs. 5 y 8 demuestra que se produce una degradacin en la caracterstica de la BER de la red completa con respecto a la configurac
45、in del bucle de FI de aproximadamente 1,1 a 2,5 dB, depen-diendo de la reduccin de potencia a la entrada del ATOP del satlite. 1425-080 5 10 1510525106107251082510925101025C/N (dB)MDP-4MDP-8MAQ-16/10MAQ-16/13FIGURA 8Sistema completoReduccin de potencia a la entrada del HPA/ATOP = 16/10 y 16/13 dBBER
46、FIGURE 8/S.1425-08 = 3 CM 3.2.5 Configuracin multiportadora y resultados de la prueba Se configur un dispositivo de prueba multiportadora aadiendo un segundo mdem a la red (cerrando los puntos de conmutacin 3, 4, 6 y 8). Las pruebas se realizaron sobre un trayecto de RF configurado con dos portadora
47、s MAQ-16 funcionando a 45 Mbit/s cargadas en un solo transpondedor. Las frecuencias centrales de las portadoras se ajustaron para una separacin de 17 MHz una vez centradas en el transpondedor de 36 MHz. La potencia de entrada total al HPA/ATOP se mantuvo en el punto de reduccin de potencia de 16/13
48、dB. La Fig. 9 compara los resultados de la BER del caso del bucle de FI con la situacin de una y dos portadoras. Puede observarse que para una BER de 1 108la calidad de funcionamiento por canal de dos portadoras MAQ-16 a 45 Mbit/s funcionando en un solo transpondedor se degrada nicamente 1,7 dB en comparacin con la configuracin bsica del bucle de FI. 3.3 Resumen de los resultados sobre la calidad de funcionamiento Las pruebas sobre la caracterstica de la BER para portadoras nicas a 45 Mbit/s se realizaron en circuitos de satlites para los esquemas MDP-4, MDP-8 y MAQ-16. Cada porta
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