3.8. Бюджет канала связи

Канал связи (communication link) представляет собой тракт связи, который начинается с информационного источника, проходит через все этапы кодирования и модуляции, передатчик, физический канал, приемник (со всеми его этапами обработки) и завершается на получателе (потребителе) информации.

Анализ энергетики канала связи и его результат, бюджет канала, состоит из вычисления и табулирования полезной мощности сигнала и паразитной мощности шума в приемнике, прежде всего на его входе.

Бюджет канала определяет подробное соотношение между ресурсами передачи и приема, источниками шума, поглотителями сигнала и результатами процессов, выполняемых в канале.

Основная задача анализа канала связи - это определить действительную точку системы на графике зависимости вероятности ошибки BЕR от отношения сигнал/шум S/N или отношение энергии бита/спектральная плотность шумов E_b/N₀, установить, что вероятность ошибки, связанная с этой точкой, меньше (или равна) требуемой. Т.е., определить, какая требуется энергетика, чтобы обеспечить необходимое качество сигнала при приеме, другими словами, определить баланс того, что имеется в системе, и того, что надо.

Основная задача бюджета канала - доказать, что система связи будет работать качественно, т.е. качество сообщений (достоверность передачи) будет удовлетворять заданным требованиям. Бюджет канала отслеживает «потери» и «прибыли» (усиление и ослабление) передаваемого сигнала от начала его формирования в тракте передатчика до полного получения в приемнике. Вычисления показывают, чему равно отношение S/N в приемнике, и какой запас прочности существует.

Процесс вычисления начинается с уравнения связи, связывающего принятую приемником мощность сигнала с выходной мощностью передатчика и последующего нахождения отношения сигнал/шум S/N на входе приемника. Превращение отношения сигнал/шум S/N в отношение энергия бита/спектральная плотность шумов E_b/N₀, можно представить следующим образом:

dB,. ,

где N - мощность шума на входе приемника в полосе В, занимаемой сигналом (полоса В принимается равной основной полосе тракта селекции канала);

N₀- спектральная мощность шума, т.е. мощность шума в полосе 1 Гц;

E_b - энергия на бит;

S - мощность сигнала на входе приемника.

 Фактор влияния кода Рида Соломона k fec = 10*lg(188/204)= -0,3547dB

 Фактор влияния (модуляции)

Метод	m	kQPSK/QAM dB
QPSK	2	3.0103
16 QAM	4	6.0206
64 QAM	6	7.7815
128 QAM	7	8.4510
256 QAM	8	9.0309

 Фактор влияния кода Витерби

Метод	P	Kp dB
QPSK, QAM	1/2	- 3.0103
	2/3	-1.7609
	3/4	- 1.2494
	5/6	- 0.7918
	7/8	- 0,5799

Фактор скругления

Метод		Kroll off dB
DVB-C	0.15	- 0.1660
DVB-S	0.35 номинальный	- 0.3977

В случае отсутствия кодирования для отношения S/N получим:

На рисунке 3.12 представлен спектр сигнала H(f) типа «приподнятый косинус», который объясняет смысл коэффициента избыточности .

Рис. 3.12. Спектр сигнала H(f) типа “приподнятый косинус

Уменьшение H(f) до нуля происходит по закону приподнятого косинуса. Ширина спектра зависит от величины избыточной полосы, определяемой в виде , где 1 - коэффициент избыточности, Т- длительность импульса. При =0 ширина полосы совпадает с минимальной полосой, равной , а при =1 избыточная полоса составляет 100%.

Рис. 3.13. Вероятность ошибки на бит в зависимости от отношения E_b/N₀ для телекоммуникационных ситем с различными модуляциями:

1 – FM-4 (QPSK); 2-QAM-16; 3- QAM-64.

Рис. 3.14. Вероятность ошибки на бит в зависимости от отношения сигнал/шум для телекоммуникационных ситем с различными модуляциями: 1 – FM-4 (QPSK); 2-QAM-16; -3 - QAM-64.

Примечание: Для пересчета отношения E_b/N₀ в отношение сигнал/шум (S/N) используют следующее выражение [1;2 ]:

S/N = E_s/N₀ = E_b/N₀ ∙ log₂(M), где М – индекс модуляции.

Рис. 3.15. Зависимость достоверности ошибок BER от отношения сигнал/шум S/N для DVB-S (QPSK) и 4QAM

Eb/No.dB

Рис.3.16. Зависимость достоверности ошибок BER от отношения

энергия бита/спектральная плотность мощности шумов Eb/No

На рис. 3.16 представлены кривые вероятности ошибок на бит для кодов, широко используемых в системах радиорелейной и спутниковой связи фиксированной службы:

• Сверточных кодов с декодированием по методу Витерби;

• Каскадных кодов (внутренних сверточных и внешних Рида-Соломона) с декодированием внутреннего кода по методу Витерби и Рида-Соломона соответственно.

• Кода Рида-Соломона.

Бюджет канала связи - это один из самых важных параметров, поскольку он представляет итоговый отчет по поиску оптимальной производительности системы.