Учебное пособие 2147

координатах I-Q. Учитывая, что в современных системах радиосвязи широкое распространение получили различные типы фазовых модуляций, полученная диаграмма будет представлять собой набор точек, соответствующих дискретным состояниям модулированного сигнала (рис. 1.5). Такие диаграммы получили название диаграмм состояний - диаграммы сигнала в полярных координатах с накоплением, цифровой сигнал проходит на диаграмме состояний характерные для него точки. Цифровая форма сигнала определяет точечную структуру диаграммы состояний (конечное количество состояний сигнала). Для каждого типа модуляции, диаграмма состояний своя и несет информацию о параметрах тракта в целом, работе модемов, эквалайзеров и других устройств, принимающих и передающих модулированные сигналы.

Рис. 1.5. Примеры диаграмм состояния основных типов модуляции

Особое значение имеют диаграммы состояния для анализа модулированных сигналов, поскольку в принятой технологии построения фазовых модуляторов и демодуляторов используется принцип разделения цифрового

12

сигнала на две составляющие I и Q(например, на рис. 1.6 представлена схема модулятора квадратурной амплитудной модуляции QAM). Поэтому очень эффективно использование диаграмм состояний для анализа работы модемов фазовой модуляции.

Рис. 1.6. Структурная схема модулятора QAM

Ниже в разделе о технологии измерений на цифровых радиочастотных системах передачи мы рассмотрим вопрос об отображении влияния различных параметров передачи на диаграммы состояний.

1.4.Алгоритмические диаграммы - диаграмма Треллиса

идревовидная диаграмма

Диаграммы состояний и глазковые диаграммы анализируют амплитудно-фазовые характеристики сигналов, однако различие в методах представления приводит к тому, что оба типа диаграмм сигналов взаимно дополняют друг друга.

Глазковые диаграммы наиболее эффективны при анализе изменений в структуре волнового фронта сигнала, тогда как диаграммы состояний являются хорошим средством

13

для анализа процессов модуляции и демодуляции. Ниже будут рассмотрены случаи, когда неисправности в радиочастотном тракте, наглядно видные на глазковых диаграммах, практически не обнаруживаются на диаграммах состояний и наоборот.

Хотелось бы еще раз подчеркнуть, что и в том и в другом случаях диаграмма формируется с накоплением данных, т.е. суммой параметров, измеренных через определенные промежутки времени. Поэтому фактором, определяющим использование обоих типов диаграмм, является цифровая природа сигнала. Для анализа аналоговых сигналов глазковые диаграммы и диаграммы состояний не имеют смысла.

В практике современных телекоммуникаций встречается класс задач, когда для анализа работы цифровой системы необходимо иметь представление не о состояниях сигнала, а о динамике изменения этих состояний. Такие задачи встречаются при анализе процессов кодирования (в первую очередь помехозащищенного сверточного кодирования современных радиочастотных систем передачи) и анализе дифференциальных методов модуляции, в которых передача цифровой информации осуществляется не сигналом, а сменой одного сигнала другим.

Для решения задачи анализа динамики изменений состояний цифрового сигнала наиболее часто используется диаграмма Треллиса, представляющая собой одну из модификаций диаграммы состояний. Основное отличие диаграммы состоит в том, что помимо состояний цифрового сигнала на диаграмме показывается траектория изменений состояний. Реже для анализа используются древовидные диаграммы, представляющие собой дерево смены состояний. Обычно для анализа работы кодека измеряемая диаграмма сравнивается с теоретической диаграммой и данными, передаваемыми в канале в двоичном представлении. В результате выполняется анализ правильности работы алгоритма кодека. Необходимо подчеркнуть, что речь идет

14

именно об алгоритмическом тестировании, т.е.проверки правильности работы алгоритма, для анализа параметров деградации качества связи алгоритмические диаграммы неприменимы.

В качестве примера алгоритмических диаграмм рассмотрим алгоритмы сверточного кодирования, применяемого в радиочастотных системах передачи и спутниковых каналах связи. На рис. 1.7 представлена схема сверхточного кодера со скоростью кодирования 1/2. Соответствующие диаграммы Треллиса в различных типах представления показаны на рис. 1.8 и 1.9, а древовидная диаграмма показана на рис. 1.10.

Рис. 1.7. Схема сверточного кодера со скоростью кодирования 1/2

15

Рис. 1.8. Временная диаграмма Треллиса кодера рис. 1.7

Рис. 1.9. Диаграмма состояний Треллиса кодера рис. 1.7

16

Рис. 1.10. Древовидная диаграмма кодера рис. 1.7

17

2. МЕТОДОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ЦИФРОВЫХ КАНАЛОВ

2.1. Понятие бинарного канала и методы анализа его параметров

В этой главе пойдет речь о методологии измерений параметров цифровых каналов. Согласно принятым терминам и определениям под каналом передачи понимается комплекс технических средств и среды распространения, обеспечивающих передачу сигнала электросвязи в полосе частот и скоростью, характерных для данного канала. Если в канале информация передается в цифровом виде, такой канал называется цифровым каналом.

Рассмотрение методологии начнем с описания методов измерения цифровых каналов с передачей информации в простой двоичной форме (без линейного кодирования) - бинарных цифровых каналов (рис. 2.1). В современных телекоммуникационных системах для передачи цифровой информации используются различные типы модуляции и многоуровневого кодирования, однако оконечное оборудование систем передачи в той или иной степени использует именно бинарный цифровой канал, поэтому методология измерений бинарного канала составляет фундамент измерений цифровых каналов связи и имеет особенное значение. Более того, даже для анализа систем с различными типами модуляции и кодирования используются данные методологии измерений по битам, т.е. имитируется процесс декодирования (демодуляции) сигнала до двоичного вида, а затем анализируется полученный сигнал. Таким образом, методология измерений параметров бинарного канала представляет собой определенный инвариант методологии измерений любых цифровых каналов.

18

обеспечивать предсказание структуры последовательности, т.е. требуется так называемая синхронизация тестовой последовательности. Как будет показано ниже, для измерений используются разные тестовые последовательности, фиксированные и псевдослучайные, с различными алгоритмами синхронизации тестовой последовательности. Измерения с отключением канала - это единственный метод анализа параметров бинарного цифрового канала с точностью до единичной битовой ошибки. Это гарантируется принципом сравнения реальной принятой последовательности битов с предсказанной, которая, в свою очередь, точно совпадает с генерируемой последовательностью.

Измерения без отключения канала часто называются мониторингом, поскольку измерения производятся в режиме работающего канала, а анализатор в этом случае подключается параллельно и осуществляет пассивный мониторинг канала. Алгоритм организации измерений основан на применении различных типов цикловых кодов или служебной информации, передаваемой в канале. Действительно, в реально работающем канале, несущем реальный трафик, нет возможности предсказания передаваемой информации, следовательно, нет возможности простого сравнения реальной последовательности битов с предсказанной последовательностью, поэтому невозможно локализовать единичную битовую ошибку. Методы измерения без отключения канала основаны на идентификации битовой ошибки в некотором блоке переданной информации, таким образом, объективная точность измерения ограничена размерами блока, обычно две ошибки в блоке идентифицируются как одна. В то же время несомненное преимущество метода - отсутствие необходимости отключения канала - определило широкое его распространение.

Ниже будут рассмотрены основные принципы, используемые как в методах с отключением канала, так и в методах без отключения канала.

20