ITU-R SM 1235 FRENCH-1997 PERFORMANCE FUNCTIONS FOR DIGITAL MODULATION SYSTEMS IN AN INTERFERENCE ENVIRONMENT《干扰环境下的数字调制系统的性能功能》.pdf

1、Rec. UIT-R SM.1235 1RECOMMANDATION UIT-R SM.1235QUALIT DE FONCTIONNEMENT DES SYSTMES MODULATIONNUMRIQUE EN PRSENCE DE BROUILLAGE(Questions UIT-R 44/1 et UIT-R 45/1)(1997)Rec. UIT-R SM.1235LAssemble des radiocommunications de lUIT,considranta) que la qualit de fonctionnement mesure lentre du rcepteur

2、, pour diverses combinaisons de types demodulation des signaux brouilleur et utile, peut, pour lessentiel, servir dterminer lefficacit dutilisation du spectre;b) que la qualit de fonctionnement dpend des critres utiliss pour valuer la qualit de rception des signauxet des types de modulation des sign

3、aux brouilleur et utile;c) que la qualit de fonctionnement peut tre dfinie exprimentalement ou graphiquement ou bien tre calcule laide de formules,recommande1 dutiliser, pour valuer la qualit de fonctionnement des divers systmes modulation numrique subissant desbrouillages dun metteur, les courbes c

4、alcules qui sont prsentes lAnnexe 1;2 dutiliser, pour valuer la qualit de fonctionnement des systmes numriques modulation par dplacement dephase M-valente subissant des brouillages dun ou de plusieurs metteurs, les courbes calcules ou la mthode analytiqueprsentes lAnnexe 2.ANNEXE 1Qualit de fonction

5、nement de divers systmes de modulationnumrique en prsence dun seul systme brouilleur1 Modle de rcepteur numriqueUn modle simplifi de rcepteur de communications est prsent la Fig. 1. Le signal observ lentre de linterfacede canal est la combinaison des signaux utile et brouilleur prsents la sortie de

6、lantenne du rcepteur. Linterface decanal se compose dun certain nombre dlments de circuit et se caractrise par la slectivit du rcepteur et par lescaractristiques des signaux utile et brouilleur. Plusieurs Rapports donnent des moyens permettant de dterminer lanature des signaux utile et brouilleur ob

7、servs lentre du dmodulateur, compte tenu des caractristiques de linterfacede canal. Les caractristiques de linterface de canal les plus importantes prendre en considration sont la relation entrela largeur de bande du signal brouilleur et celle de linterface de canal, le dcalage de syntonisation entr

8、e le rcepteur etle signal brouilleur et les effets non linaires.1235-01FIGURE 1Modle de rcepteur dun systme de communication gnralCanal detransmission Interfacede canalDmodulateurTraitement enbande de baseUtilisateurdu rcepteurFIGURE 1/SM.1235-01 = 4 CM2 Rec. UIT-R SM.1235Le signal brouilleur peut t

9、re: Un signal sans distorsionForme donde idale transmise par lmetteur brouilleur. Le signal peut tre spcifi dans le domaine frquentiel enterme de densit spectrale de puissance. Un signal assimilable du bruitLe signal varie en amplitude selon une distribution (gaussienne) normale. Il peut avoir un sp

10、ectre plat; cest ce quelon appelle du bruit blanc gaussien additif (BBGA). Un signal en ondes entretenuesSinusode frquence constante dont on suppose que la phase par rapport au rcepteur est une variable alatoireuniformment rpartie. Un signal impulsionnelUne squence dimpulsions priodiques ou espaces

11、de faon alatoire, dont chacune est de courte dure par rapportau temps qui spare les impulsions.Les signaux brouilleurs peuvent tre continus ou intermittents. Un signal brouilleur intermittent peut tre dfini commetant un signal dont les statistiques fonction de distribution damplitude, moyenne et var

12、iance varient en fonction dutemps lorsquelles sont observes au niveau du rcepteur brouill. Le brouillage imputable un dispositif sauts defrquence situ proximit est un exemple de signal brouilleur intermittent: en effet, la qualit de fonctionnement durcepteur subissant les brouillages se dgradera et

13、variera en fonction du temps. Dans la mthode danalyserecommande en cas de signaux brouilleurs intermittents, lintervalle dobservation est divis en segments temporelscontigus (poques) pendant lesquels les statistiques du signal brouilleur sont (approximativement) constantes. Uneanalyse de dgradation

14、de la qualit de fonctionnement est effectue sparment pour chaque poque et les rsultats sontpondrs en fonction du temps. Il est important que cette pondration temporelle ne soit pas effectue sur des signauxavant quils naient t dmoduls.Pour les analyses de compatibilit lectromagntique (CEM) utilisant

15、les courbes de qualit de fonctionnement figurantdans la prsente Recommandation, on peut en gnral supposer que le signal brouilleur au niveau du rcepteur est, soitun signal sans distorsion (signal de sortie dun metteur brouilleur dont les caractristiques sont connues), soit un signalassimilable du br

16、uit. Les caractristiques de linterface de canal sont alors utilises pour dterminer le signal brouilleur lentre du dmodulateur. Les courbes indiquent le taux derreur binaire la sortie du dmodulateur, taux derreur quiest en fonction du rapport nergie du symbole utile/densit spectrale de puissance de b

17、ruit (E/N0) ou du rapport nergiedu symbole utile/nergie du symbole brouilleur (E/Ie) lentre du dmodulateur. On suppose que le bruit est de naturegaussienne et que le signal brouilleur est un signal en ondes entretenues. Le responsable de lanalyse doit dterminer si lesignal brouilleur lentre du dmodu

18、lateur se rapproche dun signal assimilable du bruit ou dun signal en ondesentretenues ou bien est une combinaison des deux. Pour ce faire, il pourra faire une prvision concernant la nature duspectre du signal brouilleur lentre du dmodulateur en se fondant sur la bande passante de linterface de canal

19、 et lescaractristiques RF du signal brouilleur.Les autres parties de la prsente Recommandation sont consacres aux diffrentes sections du modle de rcepteurprsent sur la Fig. 1, situes aprs linterface de canal. On peut obtenir les rsultats dune section particulire enconcatnant les effets de cette sect

20、ion et des sections prcdentes.2 Qualit de fonctionnement des dmodulateurs numriquesLa qualit de fonctionnement des dmodulateurs numriques M-valente types est fonction de Psrapporte E/N0et E/I.Ces termes sont dfinis comme suit:M : nombre de symboles distincts possibles. Pour une signalisation binaire

21、, M = 2Ps: probabilit derreur sur les symboles. La probabilit derreur sur les bits Pb, qui est souvent utilise, ne peuttre suprieure Ps. Lorsque M = 2, Pb= PsE/N0: rapport entre lnergie moyenne du signal (J) et la densit spectrale de puissance de bruit (W/Hz), spcifi lentre du dmodulateur (dB)E/Ie:

22、rapport entre lnergie moyenne du signal par symbole (ou par bit) et lnergie du signal brouilleur parsymbole (ou par bit), spcifi lentre du dmodulateur (dB).Rec. UIT-R SM.1235 3On peut utiliser des rapports de puissance, en particulier le rapport signal/bruit (S/N), en lieu et place de rapportsdnergi

23、e en notant que:E/N0= (S/N) (B T ) (1)o:B : largeur de bande du rcepteur (Hz)T : dure dun symbole (s)S/N : rapport mesur lentre du dmodulateur.Le Tableau 1 rsume les types de modulation prsents, la courbe utiliser dans chaque cas et le signal brouilleur (signalen ondes entretenues ou signal assimila

24、ble du bruit) pour lequel on peut obtenir des probabilits derreur sur les bits ousur les symboles. Les courbes indiques dans le Tableau 1 font lobjet des Fig. 2 24. Elles rapportent la qualit defonctionnement du rcepteur au taux derreur sur les symboles ou au TEB en prsence de bruit et/ou de brouill

25、age. Onsuppose que le bruit est un bruit gaussien et que le signal brouilleur est un signal en ondes entretenues. Les courbes ontt tablies partir dune conception optimale du rcepteur: les largeurs de bande associes au dmodulateur ont tadaptes la dure des bits et aux dbits des donnes du systme consid

26、r.TABLEAU 1Rsum des types de modulation numrique considrsType de modulation CourbeSignalbrouilleur (1)Numro dela FigureMDPC, M-valente Psen fonction de Eb/N0N 2MDPC, M = 2 Psen fonction de E/N0, E/IeIe3MDPC, M = 4 Psen fonction de E/N0, E/IeIe4MDPC, M = 8 Psen fonction de E/N0, E/IeIe5MDPC, M = 16 P

27、sen fonction de E/N0, E/IeIe6MDP-4 Psen fonction de E/N0, E/IeIe4MDP-4-D (MDP-4 dcale) Psen fonction de E/N0, E/IeIe4MDPD, M = 2 Psen fonction de E/N0, E/IeN, Ie7MDPD, M = 4 Psen fonction de E/N0, E/IeN, Ie8MDPD, M = 8 et M = 16 Psen fonction de E/N0, E/IeIe9MDFC, M-valente Pben fonction de Eb/N0N 1

28、0MDFC, M = 2 Psen fonction de E/N0, E/IeIe11MDM Psen fonction de E/N0, E/IeIe4MDFNC, M-valente Pven fonction de Eb/N0N 12MDFNC, M = 2 Psen fonction de E/N0, E/Ie(Brouillage dans un seul canal)Ie13MDFNC, M = 2 Psen fonction de E/N0, E/Ie(Tonalits brouilleuses gales danschaque canal)Ie14MDFNC, M = 4 P

29、sen fonction de E/N0, E/IeIe15MDFNC, M = 8 Psen fonction de E/N0, E/IeIe16MDAC binaire, M-valente Psen fonction de Eb/N0N 17MDAC bipolaire, M = 16 Psen fonction de E/N0, E/IeIe18MDAC unipolaire, M-valente Psen fonction de Eb/N0N 19MDAC unipolaire, M = 2(appele galement manipulation par tout ou rien)

30、Psen fonction de Eb/N0, E/IeIe20MDANC, M-valente Psen fonction de Eb/N0N 21MAQ, M-valente(modulation damplitude en quadrature)Psen fonction de Eb/N0N 22MAQ, M = 4 Psen fonction de E/N0, E/IeIe4MAQ, M = 16 Psen fonction de E/N0, E/IeIe23MAQ, M = 64 Psen fonction de E/N0, E/IeIe24(1)N : bruit blanc ga

31、ussien additif; Ie: brouillage en ondes entretenues.4 Rec. UIT-R SM.1235Lorsquon utilise les courbes, il faut tre attentif aux paramtres utiliss. Dans la plupart des figures comparant lesdiffrents schmas de modulation M-valente, pour diffrentes valeurs de M, on a utilis le rapport nergie par bit/bru

32、it(Eb /N0) et non le rapport nergie par symbole/bruit (E/N0) afin de simplifier les courbes. La valeur E reprsente lnergiemoyenne par symbole. La relation entre lnergie par symbole et lnergie par bit quivalente est donne par la formulesuivante:E = Eblog2M (2)Pour certaines des figures prsentes, on a

33、 utilis la probabilit derreur sur les bits Pbet non la probabilit derreur surles symboles Ps. La relation entre ces deux probabilits, dans le cas dune signalisation orthogonale (modulation pardplacement de frquence cohrente (MDFC), modulation par dplacement de frquence non cohrente (MDFNC) etmodulat

34、ion par dphasage minimal (MDM), est donne par la formule suivante:PPbks=2211(3)o k = log2M (nombre de bits quivalents).Pour une modulation par dplacement de phase cohrente (MDPC) M-valente et une modulation par dplacement dephase diffrentielle (MDPD) (en supposant un codage de Gray) et pour une modu

35、lation damplitude cohrente (MDAC)et une modulation damplitude non cohrente (MDANC), la relation est la suivante:Pb= Ps /k (4)1235-02 4 0 4 8 12 16 20 241101102103104105M = 2 4 8 16 32PsEb/N0(dB)FIGURE 2Ps en fonction de Eb/N0pour MDPC M-valenteFIGURE 2/SM.1235-02 = 9.5 CMRec. UIT-R SM.1235 51235-036

36、 10 14 18 22 26 30E/Ie(dB) =510152030101102103104105106107108109PsE/N0(dB)FIGURE 3Psen fonction de E/N0et E/Iepour MDPC binaireFIGURE 3/SM.1235-03 = 12.5 CM1235-048 12 16 20 24 28 32E/N0 (dB)103102101104105106107108109PsE/Ie (dB) =510152030FIGURE 4Ps en fonction de E/N0 et E/Iepour MDPC, M = 4, MDP-

37、4, MDP-4-D, MDM et MAQ-46 Rec. UIT-R SM.12351235-0510 14 18 22 26 30 34E/N0 (dB)103102101104105106107108109PsE/Ie(dB) =15202530FIGURE 5Psen fonction de E/N0et E/Iepour MDPC, M = 8FIGURE 5/SM.1235-05 = 11.5 CM1235-0616 20 24 28 32 36 40E/N0 (dB)103102101104105106107108109PsE/Ie(dB) =20222530FIGURE 6P

38、s en fonction de E/N0et E/Iepour MDPC, M = 16FIGURE 6/SM.1235-06 = 11.5 CMRec. UIT-R SM.1235 71235-078 10 12 14 16 18 20E/N0 (dB)103102101104105106107108109PsE/Ie (dB) =8101215202530FIGURE 7Psen fonction de E/N0et E/Iepour MDPD binairePas debrouillageFIGURE 7/SM.1235-07 = 11.5 CM1235-0812 14 16 18 2

39、0 22 24E/N0 (dB)103102101104105106107108109PsE/Ie(dB) = 8101215202530FIGURE 8Psen fonction de E/N0et E/Iepour MDPD, M = 4Pas debrouillageFIGURE 8/SM.1235-08 = 11.5 CM8 Rec. UIT-R SM.12351235-0912 14 16 18 20 22 24 26E/N0 (dB)PsE/Ie (dB) =1015202530801031021011041051061071081E/Ie(dB) =1015202530M = 8

40、M = 16FIGURE 9Psen fonction de E/N0et E/Iepour MDPD, M = 8 et M = 16FIGURE 9/SM.1235-09 = 11.5 CM1235-10 4 0 4 8 121620Eb/N0(dB)Pb1031021011041051061M =248163264FIGURE 10Pben fonction de Eb/N0 pour MDFC M-valenteFIGURE 10/SM.1235-10 = 9.5 CMRec. UIT-R SM.1235 91235-116 10 14 18 22 26 30E/N0 (dB)1031

41、021011041051061071PsE/Ie(dB) =5102025FIGURE 11Psen fonction de E/N0et E/Iepour MDFC binaireFIGURE 11/SM.1235-11 = 11 CM1235-12Eb/N0 (dB)PsM =248163210310210110410510610710 4812 16 20 24FIGURE 12Psen fonction de Eb/N0pour MDFNC M-valenteFIGURE 12/SM.1235-12 = 11 CM10 Rec. UIT-R SM.12351235-136 10 14

42、18 22 26 30E/N0 (dB)1031021011041051061071PsE/Ie (dB) =51015FIGURE 13Psen fonction de E/N0 et E/Iepour MDFNC binaire avec brouillage dans un seul canalFIGURE 13/SM.1235-13 = 11.5 CM1235-14E/N0 (dB)Ps10310210110410510610716 10 14 18 22 26 30E/Ie(dB) =10157FIGURE 14Psen fonction de E/N0et E/Ie pour MD

43、FNC binaireavec tonalits brouilleuses gales dans chaque canalFIGURE 14/SM.1235-14 = 11.5 CMRec. UIT-R SM.1235 111235-1561014 18 22 26 30E/N0 (dB)1031021011041051061071PsE/Ie(dB) =5102FIGURE 15Ps en fonction de E/N0et E/Ie pour MDFNC, M = 4FIGURE 15/SM.1235-15 = 11 CM1235-16E/N0(dB)Ps1031021011041051

44、0610716 10 14 18 22 26 30E/Ie(dB) =5102FIGURE 16Ps en fonction de E/N0et E/Iepour MDFNC, M = 8FIGURE 16/SM.1235-16 = 11.5 CM12 Rec. UIT-R SM.12351235-170 4 8 12 16 20 24Eb/N0 (dB)1031021011041051061071PsM =84216FIGURE 17Psen fonction de Eb/N0pour MDAC bipolaire, M-valenteFIGURE 17/SM.1235-17 = 11 CM

45、1235-18E/N0 (dB)Ps103102101104105106107118 22 26 30 34 38 42E/Ie (dB) =105FIGURE 18Ps en fonction de E/N0et E/Ie pour MDAC bipolaire, M = 16FIGURE 18/SM.1235-18 = 11 CMRec. UIT-R SM.1235 131235-190 4 8 12 16 20 24Eb/N0 (dB)1031021011041051061071PsM =16842FIGURE 19Psen fonction de Eb/N0pour MDAC unip

46、olaire, M-valente FIGURE 19/SM.1235-19 = 11 CM1235-20Eb/N0 (dB)PsE/Ie(dB) =5102010310210110410510610710 4812 16 20 24FIGURE 20Psen fonction de Eb/N0et E/Iepour MDAC binaire, unipolaire (modulation par tout ou rien)FIGURE 20/SM.1235-20 = 11.5 CM14 Rec. UIT-R SM.12351325-218 12 16 20 24 28 32Eb/N0 (dB

47、)1031021011041051061071PsM =16842FIGURE 21Psen fonction de Eb/N0pour MDANC, M-valenteFIGURE 21/SM.1235-21 = 10.5 CM1235-22Eb/N0 (dB)Ps10310210110410510610710 4812 16 20 24FIGURE 22Psen fonction de Eb/N0pour MAQ M-valente et comparaison avec la MDP M-valente choisieMDPM = 16MDPM = 32MAQM = 64MAQM = 16MAQMDP-4FIGURE 22/SM.1235-22 = 11.5 CMRec. UIT-R SM.1235 151235-2310 14 18 22 26 30 34E/N0 (dB)1031021011041051061071PsE/Ie (dB) =10205FIGURE 23Psen fonction de E/N0et E/Iepour MAQ-16FIGURE 23/SM.1235-23 = 11.5 CM1235-2416 20 24 28 32 36 40E/N0 (dB)1031021011041051061071PsE/Ie(dB