ITU-R SM 1235 SPANISH-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 1RECOMENDACIN UIT-R SM.1235FUNCIONES DE COMPORTAMIENTO DE LOS SISTEMAS DE MODULACINDIGITAL EN UN ENTORNO CON INTERFERENCIA(Cuestiones UIT-R 44/1 y UIT-R 45/1)(1997)Rec. UIT-R SM.1235La Asamblea de Radiocomunicaciones de la UIT,considerandoa) que el valor de las funciones de compor

2、tamiento a la entrada del receptor con diversas combinaciones de tiposde modulacin de las seales interferentes y deseada puede resultar determinante para la eficacia de utilizacin delespectro;b) que las funciones de comportamiento dependen de los criterios aplicados para estimar la calidad de recepc

3、inde seales y de los tipos de modulacin de las seales interferentes y deseada;c) que las funciones de comportamiento pueden definirse en forma experimental o grfica o calcularse por mediode frmulas,recomienda1 que para estimar el comportamiento de los diversos sistemas de modulacin digital cuando re

4、cibeninterferencia de un solo transmisor se utilicen las grficas calculadas que aparecen en el Anexo 1;2 que para estimar el comportamiento de los sistemas de modulacin por desplazamiento de fase mltiple(MDPM) cuando reciben interferencia de uno o ms transmisores se utilicen las grficas calculadas o

5、 el mtodo analticoque se presentan en el Anexo 2.ANEXO 1Funciones de comportamiento de diversos sistemas de modulacindigital afectados por un solo sistema interferente1 Modelo de receptor digitalEn la Fig. 1 se muestra un modelo simplificado de un receptor de comunicaciones. La entrada al interfaz d

6、e canal es lasuperposicin de las seales deseada y no deseada que aparecen a la salida de la antena del receptor. El interfaz de canalest formado por varios elementos de circuito y est caracterizado por una selectividad de receptor y por las caracte-rsticas de las seales deseadas y no deseadas. Vario

7、s Informes proporcionan medios para determinar la naturaleza de lasseales deseadas y no deseadas a la entrada del demodulador dadas las caractersticas de interfaz de canal. Las caracte-rsticas de interfaz de canal ms importantes que han de considerarse son la relacin de anchura de banda entre la sea

8、lno deseada y el interfaz de canal, la desintonizacin entre el receptor y la seal no deseada, y los efectos no lineales.1235-01FIGURA 1Modelo general de receptor de un sistema de comunicacinCanal de transmisinInterfazde canalDemoduladorProcesamientoen banda de baseReceptordel usuarioFIGURE 1/SM.1235

9、-01 = 4 CM2 Rec. UIT-R SM.1235Las seales no deseadas se caracterizan como sigue: No distorsionada:La forma de onda ideal transmitida por el transmisor interferente. La seal puede ser especificada en el dominio dela frecuencia en trminos de densidad espectral de potencia. Semejante a ruido:La seal va

10、ra en amplitud de acuerdo con una distribucin normal (gaussiana). La seal puede tener un espectroplano y se denomina ruido gaussiano blanco aditivo (AWGN). Onda continua (CW):Una sinusoide de frecuencia constante cuya fase con respecto al receptor se supone que sea una variable aleatoriadistribuida

11、uniformemente. Impulsiva:Una secuencia de impulsos espaciados peridica o aleatoriamente, cada uno de los cuales es de corta duracincomparado con el tiempo entre impulsos.Las seales no deseadas pueden ser continuas o intermitentes. Una seal no deseada intermitente puede definirse comouna seal cuyas e

12、stadsticas, tales como funcin de distribucin de amplitud, media y varianza, varan en el tiempocuando se observan en un receptor vctima. La interferencia debida a un generador de saltos de frecuencia colocado esun ejemplo de seal no deseada intermitente en el sentido de que el receptor vctima present

13、ar tpicamente unadegradacin de la calidad de funcionamiento que vara en el tiempo. El procedimiento de anlisis recomendado para elcaso de seales no deseadas intermitentes comprende la divisin del intervalo de observacin en segmentos de tiempocontiguos, o pocas, durante cada uno de los cuales las est

14、adsticas de la seal no deseada son (aproximadamente)constantes. Se realiza un anlisis de degradacin separado para cada poca, y los resultados se promedian en el tiempo.Es importante que la promediacin temporal no se realice en las seales hasta que hayan sido demoduladas.Para los anlisis de la compat

15、ibilidad electromagntica (CEM) que utilizan las curvas de calidad de funcionamiento deesta Recomendacin, puede suponerse normalmente que la seal no deseada a la entrada del receptor est nodistorsionada (es decir, la salida de un transmisor interferente con caracterstica de forma de onda conocida) o

16、que essemejante al ruido. Las caractersticas de interfaz de canal se utilizan entonces para determinar la seal no deseada a laentrada del demodulador. Las curvas muestran la proporcin de bits errneos a la salida del demodulador en funcin dela relacin energa de smbolos deseada/densidad espectral de p

17、otencia de ruido (E/N0) o de la relacin energa desmbolos deseada/energa de interferencia (E/Ie) a la entrada del demodulador. Se supone que el ruido es Gaussiano, yque la interferencia es una onda continua. El analista debe determinar si la seal no deseada a la entrada deldemodulador se asemeja ms a

18、 ruido o a interferencia de onda continua, o una combinacin de los dos. Estadeterminacin puede incluir una prediccin sobre la naturaleza del espectro de la seal interferente a la entrada deldemodulador basada en la banda de paso del interfaz de canal y las caractersticas de la seal RF interferente.E

19、l resto de la Recomendacin trata cada seccin del modelo de receptor mostrado en la Fig. 1 que sigue al interfaz decanal. La salida de cualquier seccin determinada puede hallarse concatenando los efectos de esa seccin y decualesquiera secciones precedentes.2 Calidad de funcionamiento de los demodulad

20、ores digitalesLa calidad de funcionamiento tpica de los demoduladores digitales M-arios se indica en trminos de Psen funcinde E/N0y E/I. Estos trminos se definen como sigue:M : nmero de posibles smbolos distintos. Para sealizacin binaria, M = 2Ps: probabilidad de error de smbolos. La probabilidad de

21、 error de bits Pb, que se utiliza tambin a menudo, nopuede rebasar Ps. Cuando M = 2, Pb= PsE/N0: relacin de la energa de smbolos media (J)/densidad espectral de potencia de ruido (W/Hz) especificada ala entrada del demodulador (dB)E/Ie: relacin de la energa de la seal media por smbolo (o por bit)/en

22、erga de interferencia por smbolo (o porbit), especificada a la entrada del demodulador (dB).Rec. UIT-R SM.1235 3Pueden utilizarse las relaciones de potencia, en particular la relacin seal/ruido (S/N), en vez de las relaciones deenerga sealando que:E/N0= (S/N) (B T ) (1)donde:B : anchura de banda del

23、 receptor (Hz)T : la duracin de smbolo (s)S/N : medida a la entrada del demodulador.En el Cuadro 1 se resumen los tipos de modulacin presentados, qu curva utilizar para cada uno y la seal no deseada(onda continua o ruido) para la cual pueden obtenerse probabilidades de errores de bits o de smbolos.

24、Las curvasidentificadas en el Cuadro 1 se proporcionan en las Figs. 2 a 24. Estas curvas relacionan la calidad de funcionamientodel receptor en trminos de proporcin de errores en los smbolos o en los bits en presencia de ruido y/o interferencia. Sesupone que el ruido es Gaussiano y que la interferen

25、cia es de onda continua. Las curvas se han elaborado suponiendo undiseo de receptor ptimo, es decir, las anchuras de banda asociadas con el demodulador se disearon para lasduraciones de bits y velocidades de datos asociadas al sistema.CUADRO 1Resumen de los tipos de modulacin digital consideradosTip

26、o de modulacin Curva deSealinterferente (1)N. de la Fig.MDPC, M-aria Psen funcin de Eb/N0N 2MDPC, M = 2 Psen funcin de E/N0y E/IeIe3MDPC, M = 4 Psen funcin de E/N0y E/IeIe4MDPC, M = 8 Psen funcin de E/N0y E/IeIe5MDPC, M = 16 Psen funcin de E/N0y E/IeIe6MDP-4 Psen funcin de E/N0y E/IeIe4MDP-4 O(MDP-4

27、 con corrimiento de trenes binarios)Psen funcin de E/N0y E/IeIe4MDPD, M = 2 Psen funcin de E/N0y E/IeN, Ie7MDPD, M = 4 Psen funcin de E/N0y E/IeN, Ie8MDPD, M = 8, 16 Psen funcin de E/N0y E/IeIe9MDFC, M-aria Pben funcin de Eb/N0N 10MDFC, M = 2 Psen funcin de E/N0y E/IeIe11MDM Psen funcin de E/N0y E/I

28、eIe4MDFNC, M-aria Psen funcin de Eb/N0N 12MDFNC, M = 2 Psen funcin de E/N0y E/Ie(Interferencia en un solo canal)Ie13MDFNC, M = 2 Psen funcin de E/N0y E/Ie(Tonos interferentes iguales en cada canal)Ie14MDFNC, M = 4 Psen funcin de E/N0y E/IeIe15MDFNC, M = 8 Psen funcin de E/N0y E/IeIe16MDAC M-aria bip

29、olar Psen funcin de Eb/N0N 17MDAC M = 16 bipolar Psen funcin de E/N0y E/IeIe18MDAC M-aria unipolar Psen funcin de Eb/N0N 19MDAC M = 2 unipolar(Denominada tambin manipulacin por todo onada (OOK)Psen funcin de Eb/N0y E/IeIe20MDANC, M-aria Psen funcin de Eb/N0N 21MAQ, M-aria(Modulacin de amplitud en cu

30、adratura)Psen funcin de Eb/N0N 22MAQ, M = 4 Psen funcin de E/N0y E/IeIe4MAQ, M = 16 Psen funcin de E/N0y E/IeIe23MAQ, M = 64 Psen funcin de E/N0y E/IeIe24(1)N : ruido gaussiano blanco aditivo; Ie: interferencia de onda continua.4 Rec. UIT-R SM.1235Al utilizar las curvas hay que tener mucho cuidado c

31、on los parmetros utilizados. Se us la relacin energa de bit/ruido(Eb/N0) ms bien que la relacin energa de smbolos/ruido (E/N0) en la mayora de las Figuras en las que se comparanesquemas M-arios para diferentes valores de M a fin de simplificar los grficos. El valor E representa la energa media delos

32、 smbolos. La relacin entre la energa de smbolos y la energa de bits equivalente es:E = Eblog2M (2)Algunas de las Figuras presentadas contienen la probabilidad de un error de bits, Pbms bien que la probabilidad de unerror de smbolos, Ps. La relacin entre los dos, para la sealizacin ortogonal (manipul

33、acin por desplazamiento defrecuencia coherente (MDFC), manipulacin por desplazamiento de frecuencia no coherente (MDFNC), manipulacinpor desplazamiento mnimo (MDM), es:PPbks=2211(3)donde k = log2M (que es el nmero equivalente de bits).Para la manipulacin por desplazamiento de fase coherente (MDPC) y

34、 la manipulacin por desplazamiento de fasediferencial (MDPD) M-arias (se supone la codificacin de Gray) y para la manipulacin por desplazamiento de amplitudcoherente (MDAC) y la manipulacin por desplazamiento de amplitud no coherente (MDANC) la relacin es:Pb= Ps /k (4)1235-02 4 0 4 8 12 16 20 241101

35、102103104105M = 2 4 8 16 32PsEb/N0(dB)FIGURA 2Psen funcin de Eb/N0para MDPC M-ariaFIGURE 2/SM.1235-02 = 9.5 CMRec. UIT-R SM.1235 51235-036 10 14 18 22 26 30E/Ie(dB) =510152030101102103104105106107108109PsE/N0(dB)FIGURA 3Psen funcin de E/N0y E/Ie para MDPC binariaFIGURE 3/SM.1235-03 = 12.5 CM1235-048

36、1216 20 24 28 32E/N0 (dB)103102101104105106107108109PsE/Ie (dB) =510152030FIGURA 4Psen funcin de E/N0y E/Iepara MDPC, MDP-4, MDP-4 O, MDM y MAQ 4-ariaFIGURE 4/SM.1235-04 = 12 CM6 Rec. UIT-R SM.12351235-0510 14 18 22 26 30 34E/N0 (dB)103102101104105106107108109PsE/Ie(dB) =15202530FIGURA 5Psen funcin

37、de E/N0y E/Iepara MDPC 8-ariaFIGURE 5/SM.1235-05 = 11.5 CM1235-0616 20 24 28 32 36 40E/N0 (dB)103102101104105106107108109PsE/Ie(dB) =20222530FIGURA 6Psen funcin de E/N0y E/Ie paraMDPC 16-ariaFIGURE 6/SM.1235-06 = 11.5 CMRec. UIT-R SM.1235 71235-078 10 12 14 16 18 20E/N0 (dB)1031021011041051061071081

38、09PsE/Ie (dB) =8101215202530FIGURA 7Psen funcin de E/N0y E/Ie paraMDPD binaria SininterferenciaFIGURE 7/SM.1235-07 = 11.5 CM1235-0812 14 16 18 20 22 24E/N0 (dB)103102101104105106107108109PsE/Ie(dB) = 8101215202530FIGURA 8Psen funcin de E/N0y E/Iepara MDPD 4-ariaSininterferenciaFIGURE 8/SM.1235-08 =

39、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 = 8M = 16FIGURA 9Psen funcin de E/N0y E/Iepara MDPD 8-aria y 16-ariaFIGURE 9/SM.1235-09 = 11.5 CM1235-10 4 0 4 8 121620Eb/N0(dB)Pb1031021011041051061M =248163264F

40、IGURA 10Pben funcin de Eb/N0para MDFC M-ariaFIGURE 10/SM.1235-10 = 9.5 CMRec. UIT-R SM.1235 91235-1161014 18 22 26 30E/N0 (dB)1031021011041051061071PsE/Ie(dB) =5102025FIGURA 11Psen funcin de E/N0y E/Iepara MDFC binariaFIGURE 11/SM.1235-11 = 11 CM1235-12Eb/N0 (dB)PsM =248163210310210110410510610710 4

41、812 16 20 24FIGURA 12Psen funcin de Eb/N0para MDFNC M-ariaFIGURE 12/SM.1235-12 = 11 CM10 Rec. UIT-R SM.12351235-136 10 14 18 22 26 30E/N0 (dB)1031021011041051061071PsE/Ie (dB) =51015FIGURA 13Psen funcin de E/N0 y E/Ie para MDFNCcon interferencia en un solo canalFIGURE 13/SM.1235-13 = 11.5 CM1235-14E

42、/N0 (dB)Ps10310210110410510610716 10 14 18 22 26 30E/Ie(dB) =10157FIGURA 14Psen funcin de E/N0y E/Iepara MDFNC binaria con tonos interferentes iguales en cada canalFIGURE 14/SM.1235-14 = 11.5 CMRec. UIT-R SM.1235 111235-156 10 14 18 22 26 30E/N0 (dB)1031021011041051061071PsE/Ie(dB) =5102FIGURA 15Ps

43、en funcin de E/N0 y E/Iepara MDFNC 4-ariaFIGURE 15/SM.1235-15 = 11 CM1235-16E/N0(dB)Ps10310210110410510610716 10 14 18 22 26 30E/Ie(dB) =5102FIGURA 16Psen funcin de E/N0y E/IeMDFNC 8-ariaFIGURE 16/SM.1235-16 = 11.5 CM12 Rec. UIT-R SM.12351235-170 4 8 12 16 20 24Eb/N0 (dB)1031021011041051061071PsM =8

44、4216FIGURA 17Psen funcin de Eb/N0para MDAC M-aria bipolarFIGURE 17/SM.1235-17 = 11 CM1235-18E/N0 (dB)Ps103102101104105106107118 22 26 30 34 38 42E/Ie (dB) =105FIGURA 18Ps en funcin de E/N0y E/Ie para MDAC 16-aria bipolarFIGURE 18/SM.1235-18 = 11 CMRec. UIT-R SM.1235 131235-190 4 8 12 16 20 24Eb/N0 (

45、dB)1031021011041051061071PsM =16842FIGURA 19Psen funcin de Eb/N0para MDAC M-aria unipolarFIGURE 19/SM.1235-19 = 11 CM1235-20Eb/N0 (dB)PsE/Ie(dB) =5102010310210110410510610710 4812 16 20 24FIGURA 20Psen funcin de Eb/N0y E/Iepara MDACbinaria unipolar (OOK)FIGURE 20/SM.1235-20 = 11.5 CM14 Rec. UIT-R SM

46、.12351325-218 12 16 20 24 28 32Eb/N0 (dB)1031021011041051061071PsM =16842FIGURA 21Ps en funcin de Eb/N0para MDANC M-ariaFIGURE 21/SM.1235-21 = 10.5 CM1235-22Eb/N0 (dB)Ps10310210110410510610710 4812 16 20 24FIGURA 22Psen funcin de Eb/N0 para MAQ M-aria y comparacin con ciertas MDP M-ariasMDPM = 16MDP

47、M = 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) =10205FIGURA 23Psen funcin de E/N0y E/Iepara MAQ 16-ariaFIGURE 23/SM.1235-23 = 11.5 CM1235-2416 20 24 28 32 36 40E/N0 (dB)1031021011041051061071PsE

48、/Ie(dB) =10205FIGURA 24Psen funcin de E/N0y E/Iepara MAQ 64-ariaFIGURE 24/SM.1235-24 = 11.5 CM16 Rec. UIT-R SM.1235ANEXO 2Funciones de comportamiento de los sistemas de MDP mltipleafectados por ms de un sistema interferenteNOTA 1 Todas las grficas del presente Anexo con K = 1 (un solo sistema interferente) son idnticas a lascorrespondientes grficas del Anexo 1 en las que los valores de S/N y M son iguales.1 IntroduccinEn algunas Cuestiones UIT-R, como las UIT-R 18/1, UIT-R