Официальный сайт Международного Концерна космической связи

Перейти к контенту

Главное меню:

Модемные устройства


1. Модемные устройства (проводные и беспроводные) 

1.1. Характеристики современного модемного оборудования

Современные системы связи – это модемные технологии, реализованные под конкретные скорости передачи информации.

Наиболее распространенными видами модуляции сегодня являются:

а) в спутниковой связи – QPSK, 8PSK, 16QAM;

б) в радиорелейных линиях связи – BPSK, QPSK, 8PSK, 16QAM, 32 QAM, 64QAM, 128QAM, 256QAM;

в) в кабельных линиях связи – QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM;

г) в телефонии – от 16QAM до 16384QAM.

Широко используемыми способами помехоустойчивого кодирования, применяемыми в современных модемах, являются алгоритмы кодирования Viterbi, Рида Соломона, ТСМ (Trellis Code Modulation) и Турбо–кодирование. Последнее позволяет с потерями всего лишь в 1,6÷3 дБ достигать предельных скоростей передачи информации.

Турбо-кодирование, являясь наиболее эффективным видом помехоустойчивого кодирования, до сих пор не находит широкого применения в системах передачи информации, поскольку существуют определенные технические проблемы, преодолеть которые пока не могут даже крупные западные фирмы.

В Таблице 1 приведены расчетные параметры Турбо–кодирования для различных скоростей кодирования и видов модуляции (N = 15488), обоснованные в зарубежной печати:
Таблица 1.
Cпектральная эффективность
(bps/Hz)
МодуляцияСкорость кодирования
~Eb/N0 @ 10-7
(dB)
Отношение C/Ш
(dB)
Предел Шеннона
C/Ш
(dB)
0,5
QPSK1/40.9-2.1
-3.9
1
QPSK
1/2
1.6
1.6
0.0
216QAM
1/2
3.7
6.7
4.8
316QAM
3/4
5.9
10.7
8.5
464QAM
2/3
8.2
14.2
11.8
5256QAM
5/8
11.1
18.1
14.9
6256QAM
3/4
13.3
21.0
18.0
71024QAM
7/10
16.0
24.5
21.0
81024QAM
4/5
18.2
27.2
24.0
94096QAM
3/4
21.1
30.6
27.0
1016384QAM
5/7
24.2
34.2
30.0
1116384QAM
11/14
26.5
36.9
33.0
1216384QAM
6/7
28.8
39.6
36.0
1316384QAM
13/14
30.9
42.0
39.0

Препятствием для реализации достигнутых характеристик Турбо–кодирования в современных системах связи являются слишком высокие «пороги» демодуляции в существующих демодуляторах. Так, для модуляции вида QPSK имеющиеся демодуляторы начинают синхронизироваться по несущей частоте при соотношении С/Ш в +2.4 ÷ +2.5 дБ, а для модуляции вида 16QAM – при соотношении С/Ш около +10 дБ [2].
 
Из Таблицы 1 видно, что для реализации полной возможности Турбо–кодирования сигнала 16QAM при скорости кодирования 1/2, демодулятор должен работать устойчиво при 10 log Pc / Pш = 6,7 дБ, а он срывается уже при 10 дБ. 
Для сигнала QPSK при скорости кодирования 1/4, демодулятор должен работать при 10 log Pc / Pш = –2,1 дБ, при скорости кодирования 1/2 – при +1,6 дБ, а он теряет работоспособность уже при +2,4 дБ.

Из приведенных примеров видно, что препятствием эффективного использования Турбо–кодирования является демодулятор, построенный по традиционной технологии.

1.2. Модернизация модемов на основе новых технических решений

Разработанная на основе нового технического решения уникальная технология позволяет понизить «пороги» демодуляции и тем самым обеспечить эффективное применение в модемах Турбо–кодирования. Реализация новой модемной технологии дает возможность получить вероятностные характеристики системы кодирования, соответствующие значениям, приведенным в Таблице 1, с потерями на демодуляцию 0,5 – 0,6 дБ. При этом получаемая система легко вписывается в уже существующую инфраструктуру радиосвязи, а ее технические характеристики позволяют экономить энергетический и/или частотный ресурсы по сравнению с существующими системами при сохранении тех же скоростей передачи информации.

Лидер мирового модемостроения, фирма «Комстрим» («RADYNE COMSTREAM»), реализовала в одном из своих спутниковых модемах DMD20 Universal Satellite Modem, среди прочего, модуляцию вида QPSK со скоростью кодирования ¾ с максимально возможной эффективностью. При этом для принимаемой вероятности ошибки 10-7 необходимо обеспечить соотношение С/Ш не ниже 5.65 дБ. Для примера возьмем скорость передачи данных равной 2 Мбит/с. Занимаемая полоса частот в этом случае равна 2 МГц. Если же взять в качестве вида модуляции 16QAM со скоростью кодирования ½, то для той же скорости передачи информации в 2 Мбит/с требуется полоса в 1.5 МГц, т.е. в 1.33 раза меньше. Правда в последнем случае для обеспечения вероятности ошибки 10-7 сегодня требуется соотношение С/Ш не хуже 7.1 дБ. Разница в соотношении С/Ш равна 1.45 дБ. Но более узкая полоса во втором случае приводит к снижению уровня шума на 1.24 дБ.

Таким образом, фактическая разница в соотношении С/Ш для сигналов QPSK (¾) и 16QAM (½) при равной вероятности ошибки составит всего 0.21 дБ в пользу первого. Это означает, что во втором случае при проигрыше в мощности сигнала на 0.21 дБ выигрыш по полосе составляет 1.33 раза и позволяет при использовании 16QAM (½) вместо QPSK (¾) разместить в стандартном стволе полосой 36 МГц 24 канала вместо 18.

Реализация же 16QAM (½) с описанной выше эффективностью возможна только в случае применения схемы со сниженным «порогом» демодуляции. Приведенный пример наглядно иллюстрирует наглядный выигрыш по полосе занимаемых частот.

Замена же модуляции вида QPSK со скоростью кодирования ¾ на модуляцию вида 16QAM со скоростью кодирования 0.375 позволяет сэкономить энергетический ресурс. Действительно, при одинаковых скоростях передачи информации 2 Мбит/с оба эти вида занимают одинаковую полосу частот, равную 2 МГц. Но для QPSK (¾) для достижения вероятности ошибки 10-7 требуется соотношение С/Ш не хуже 5.65 дБ, а для 16QAM (0.375) требуется соотношение С/Ш не хуже 3.95 дБ. Энергетический выигрыш при замене модуляции QPSK (¾) на 16QAM (0.375) составляет 1.7 дБ, то есть в 1.48 раза больше. Реализация 16QAM (0.375) с описываемой эффективностью возможна также только при использовании схемы со сниженным «порогом» демодуляции.

Следует заметить, что замена модуляции вида QPSK со скоростью кодирования ¾ на более высокую, чем 16QAM (32QAM, 64QAM и т.д.), с соответствующим снижением скоростей кодирования для сохранения одинаковых скоростей передачи, позволяет получать еще более весомые выигрыши в энергетике и/или в частотном ресурсе.

Разработанная технология конструирования модема дает возможность максимально эффективно реализовывать системы передачи информации с использованием низких (½ и ниже) скоростей кодирования.

Передачу данных в системах проводной связи абонентского доступа можно существенно улучшить с помощью модемной технологии (аппаратура «последней мили»), решив проблему увеличения скорости передачи информации на участке «абонент-станция» без замены традиционных телефонных кабелей на оптоволоконные.

Предложенный вариант турбо-кодирования в сочетании с модемной технологией позволяет конструировать системы сугубо эксклюзивные для каждого направления их применения (базовые работы [3], [4], [5], [6], а так же ряд Ноу-хау).

В Таблице 2 приведены некоторые характеристики системы передачи – приема сигналов с использованием турбо-кодирования по разработанной новой технологии:
Таблица 2.
Cпектральная эффективность
(bps/Hz)
МодуляцияСкорость кодирования
~Eb/N0 @ 10-7
(dB)
Отношение C/Ш
(dB)
0.5
QPSK1/41.4-1.6
0.666
QPSK
1/3
2.1
0.24
0.75
8QAM
1/4
0.8
-0.5
1
QPSK
1/2
2.2
2.2
1
8QAM
1/3
1.9
1.9
1.5
QPSK
3/4
3.9
5.65
1.5
16QAM
0.375
2.2
3.95
1.5
32QAM
0.3
1.95
3.7
216QAM
1/2
4.1
7.1
232QAM
0.4
3.95
6.95
264QAM
1/3
3.8
6.8
316QAM
3/4
7.5
12.28
Передачу данных в системах беспроводной связи можно осуществлять с использованием модемной технологии для нелицензионных частотных диапазонов с применением ПСП сигналов с базой не менее 10.

Наилучшими параметрами в нелицензионных частотных диапазонов 2400÷2483 МГц и 5725÷5850 МГц обладают модемы фирмы Proxim и модемы фирмы Adtran.
Модемы фирмы Proxim Corporation (10-6 BER) обладают следующими параметрами (см. Таблицу 3):
Таблица 3.
Модель модема
Частотный диапазон
(МГц)
Тип каналаЧувствительность
(дБм)
Выходная мощность (дБм)
Дальность связи (км)
Lynx.SCT1
31250
2400÷2483
T1
(1,544 Мбит/с)
-94
+27
96
Lynx.SC2T1
31650
2400÷2483
2T1
(2×1,544 Мбит/с)
-91
+27
88
Lynx.SCT1
31000
5725÷5850
T1
(1,544 Мбит/с)
-93
+20
80
Lynx.SC2T1
31600
5725÷5850
2T1
(2×1,544 Мбит/с)
-90
+20
77
Lynx.SC1Е1
31500
2400÷2483
Е1
(2,048 Мбит/с)
-93
+27
93
Lynx.SC1Е1
31400
5725÷5850
Е1
(2,048 Мбит/с)
-92
+20
80
Lynx.SC1Е1
31700
5725÷5850
2Е1
(2×2,048 Мбит/с)
-90
+20
77

Модемы фирмы Adran (10-6 BER) и их параметры приведены в Таблице 4:
Таблица 4.
Модель модема
Частотный диапазон
(МГц)
Тип каналаЧувствительность
(дБм)
TRACER 4102
2400÷2483
T1
(1,544 Мбит/с)
-98
TRACER 4102
2400÷2483
2T1
(2×1,544 Мбит/с)
-96
TRACER 4202
5725÷5850
T1
(1,544 Мбит/с)
-95
TRACER 4202
5725÷5850
2T1
(2×1,544 Мбит/с)
-93

Параметры модемов фирмы Adran обладают примерно такими же характеристиками, как и модемы фирмы Proxim, а приведенные параметры по чувствительности при (10-6 BER) будут теми же, а может быть и хуже.
По полученным характеристикам чувствительности, модемы приведенных компаний синхронизируются при 3÷4 дБ соотношения сигнал/шум.

С учетом базы сигнала 10 вероятность ошибки 10-6 обеспечивается при соотношении сигнал/шум = 14.5 дБ.

Для обеспечения вероятности ошибки 10-6 при применении турбо-кодирования со скоростью кодирования ½ необходимо соотношение сигнал/шум +2,1 дБ. Использовав разработанную модемную технологию для нелицензионных частотных диапазонов с применением ПСП сигналов с базой сигнала не менее 10 и потерях в модеме 0,5 дБ, можно значительно увеличить дальность и помехоустойчивость связи. Модемы, разработанные по предлагаемой технологии, для задаваемого соотношения сигнал/шум -8 дБ будут работать на дальности связи до 200-320 км при обеспечении прямой видимости (Таблица 5). Данные оценки чувствительности в Таблицах 3,4,5 приведены для антенны с коэффициентом усиления Ку=3дБ, коэффициентом усиления приемника Ку=15дБ и коэффициентом шума приемного тракта Кш=3дБ.

Параметры модемов с применением разработанной технологии приведены в Таблице 5:
Таблица 5.
Модель модема
Частотный диапазон
(МГц)
Тип каналаЧувствительность
(дБм)
Выходная мощность (дБм)
Дальность связи (км)
ДТ11
2400÷2483
T1
(1,544 Мбит/с)
-105
+27
320
Д2Т12
2400÷2483
2T1
(2×1,544 Мбит/с)
-102
+27
270
ДТ13
5725÷5850
T1
(1,544 Мбит/с)
-104
+20
240
Д2Т14
5725÷5850
2T1
(2×1,544 Мбит/с)
-101
+20
200
ДЕ15
2400÷2483
Е1
(2,048 Мбит/с)
-105
+27
290
ДЕ16
5725÷5850
Е1
(2,048 Мбит/с)
-104
+20
240
Д2Е17
5725÷5850
2Е1
(2×2,048 Мбит/с)
-101
+20
200
 
 
Назад к содержимому | Назад к главному меню