Методы измерения зависимости параметра ошибки от отношения сигнал/шум

Как было упомянуто выше, основной характеристикой тракта радиочастотной системы передачи является зависимость параметра ошибки BER от отношения сигнал/шум (C/N) в радиочастотном канале. Если рассмотреть теоретическую и практическую зависимости BER = f (C /N ), то можно убедиться (рис.3.16), что последние отличаются от теоретической зависимости тем, что для заданного значения BER требуется большее значение C/N. Это связано с различными причинами ухудшения параметра в трактах ПЧ и РЧ. Необходимо отметить, что для практических зависимостей BER =f(c / N) характерен остаточный BER, связанный с неидеальностью параметров устройств, входящих в тракт передачи.

Зависимость BER = f(C / N) является основной характеристикой для данного тракта радиочастотной системы передачи. На основе ее можно определить необходимое отношение сигнал/шум, гарантирующее заданное качество радиочастотной системы передачи.

В современной практике существует несколько методов измерения зависимости BER = f(C / N), из которых следует выделить два основных метода: более традиционный, связанный с внесением дополнительного затухания в тракт РЧ, и более современный, связанный с точным внесением шумов в тракт приема.

Рис.3.16. Типичные зависимости BER = f(C/N)

Традиционный метод измерения параметра BER =f (C/N) представлен на рис. 3.17 и основан на использовании в РЧ тракте приемника перестраиваемого аттенюатора, посредством которого вносится дополнительное затухание, а стабильность сигнала приема принимается постоянной в течение времени измерений.

Уровень сигнала и шума измеряют измерителем мощности. Измерение шумов в тракте ПЧ без фильтрации дает значение, большее реальной мощности шумов в рабочей полосе тракта (за счет зеркального канала преобразователя частоты). Поэтому при измерениях мощности используются дополнительные фильтры, настроенные на рабочую полосу частот. Параметр ошибки измеряется анализатором цифровых каналов.

Основной недостаток метода - предположение постоянной мощности рабочего сигнала в течение всего периода измерений.

Рис.3.17. Использование перестраиваемого аттенюатора для измерения характеристики BER=f(c/N))

В реальных условиях достичь этого практически невозможно. Нестабильности принимаемого сигнала могут быть связаны с затуханием, обусловленным природными явлениями (дождь, нагревание атмосферы и т.д). Такие природные явления приводят к значительным вариациям параметров среды передачи - радиоэфира. Как следствие, мощность рабочего сигнала может изменяться на 1 -2 дБ даже в течение дня со стабильной погодой. Практически, это минимальный уровень флуктуаций мощности сигнала в открытом радиоканале. Анализ зависимости BER от уровня принимаемого сигнала в современных цифровых системах передачи показывает, что данная характеристика имеет высокую крутизну, поэтому уменьшение уровня принимаемого сигнала даже на 1 дБ может привести к увеличению уровня BER, вносимого системой передачи, на порядок.

Таким образом, метод с использованием перестраиваемого аттенюатора не обеспечивает необходимую точность измерений при малых значениях параметра BER. Современная практика телекоммуникаций предъявляет все более строгие требования к трактам системы передачи, поэтому измерения малых значений BER становятся все более существенными.

Для выполнения измерений малых значений параметра BER был разработан интерференционный метод, представленный на рис.3.18.

Рис.3.18. Интерференционный метод измерения характеристики BER=f(C/N)

В основе метода лежит использование специального прибора - анализатора и имитатора параметра C/N - для измерения уровня мощности принимаемого сигнала при внесении заданного уровня шумов, обеспечивающих точное значение параметра C/N В отличие от метода, описанного выше в случае вариации параметра мощности принимаемого сигнала, прибор автоматически регулирует уровень вносимых шумов. Поэтому данный метод обеспечивает высокую точность измерений характеристики BER=f(C/N) вплоть до уровня параметра BER= 10^-12.

Неравномерность фазово-частотной характеристики тракта определяется групповым временем задержки (ГВЗ) и представляет собой важный параметр, поскольку непосредственно влияет на уровень искажений при передаче широкополосных радиочастотных сигналов, например, передаваемых по РРЛ.

Групповое время задержки измеряется при проведении приемосдаточных испытаний и учитывает возможные отклонения в работе передатчика, приемника, антенных устройств и условий распространения сигнала.

На практике наибольшее распространение получил метод измерения по промежуточной частоте (ПЧ), однако в случае анализа работы спутниковых средств связи, когда необходимо исключить влияние модемного оборудования, производят аналогичные измерения на радиочастоте (РЧ).

Анализ работы эквалайзеров

В последнее время к стабильности параметров каналов цифровых систем передачи предъявляются довольно жесткие требования. Поэтому в практике разработки современных радиочастотных систем передачи получили широкое распространение различные устройства и методы выравнивания и автоподстройки сигнала в зависимости от изменений условий его распространения по радиочастотному тракту. Эти устройства получили название эквалайзеров.

В связи с широким внедрением методов цифровой модуляции высоких порядков, таких как 64 QAM, разработчики столкнулись с трудностями точной настройки модуляторов/демодуляторов и других устройств в составе радиочастотного тракта. В этом случае эквалайзеры выступают и как элементы компенсации возможных нелинейностей в устройствах радиочастотного тракта передачи

В практике современных радиочастотных систем передачи встречаются два основных вида затухания, связанного с факторами распространения сигнала по радиочастотному тракту: линейное затухание и затухание, связанное с многолучевым прохождением сигнала. Линейные искажения в структуре сигнала, связанные с этими двумя типами затухания, равно как и любые другие, компенсируются эквалайзерами.

В основе работы любого эквалайзера лежит использование узкополосного режекторного фильтра для устранения пораженного участка спектра рабочего сигнала, в связи с чем анализ работы эквалайзера связан с измерениями параметров именно этого фильтра.

В качестве основного параметра измерений выступает зависимость глубины фильтрации от частоты при заданном параметре BER, получившая в различных обзорах название кривой M или кривой W (рис.3.19).

Рис.3.19. Кривая М канала с эквалайзером и без эквалайзера

Для получения кривой М обычно имитируются различные условия прохождения сигнала, которые компенсируются эквалайзером, и в процессе компенсации строится кривая. Развитие измерительных технологий привело к выбору сценария имитации, наиболее просто реализованного в приборе, а именно имитацию многолучевого прохождения сигнала. Все остальные методы создания неравномерности в структуре рабочего сигнала были либо дорогостоящими, либо недостаточно точными. Схема измерений представлена на рис.3.20.

В результате измерений получаются диаграммы в виде двусторонних кривых М (рис.3.21). На рисунке представлены два типа кривых М: безгистерезисная кривая М (слева) и кривая М с гистерезисом (справа).

Рис.3.20. Использование имитатора многолучевого прохождения сигнала для анализа работы эквалайзера

Рис.3.21. Пример измеренных кривых М

Безгистерезисная кривая показывает способность фильтра эквалайзера обеспечивать глубину фильтрации на заданной частоте, достаточную для выравнивания структуры сигнала. Кривая с гистерезисом показывает производительность фильтра при его реальной работе в случае необходимости сначала увеличения, а затем уменьшения параметра глубины фильтрации.

На практике оба типа кривых существенны для анализа работы эквалайзера