Analysis of spectrally efficient modulation schemes used in high-speed radio communication systems
Authors: Новосадов К.С. 
Published: July 2024

Лавинообразный рост количества источников информации требует соответствующего увеличения пропускной способности каналов и линий связи. Однако с учетом физико-географических условий Российской Федерации не всегда существует возможность развития наземной инфраструктуры связи. При значительном удалении оконечных устройств от стационарной сети электросвязи для передачи требуемого объема информации целесообразно использовать широкополосные системы радиосвязи. В настоящее время в России и во всем мире создаются высокоскоростные спутниковые системы связи в Ka/Q-диапазонах частот с использованием космических аппаратов (КА) на геостационарной орбите. Эти системы обслуживают обширные территории, предоставляя абонентам сервисы широкополосного доступа к удаленным инфокоммуникационным ресурсам. Достигается это за счет применения на КА многолучевых антенн, что обеспечивает высокую эквивалентную изотропно-излучаемую мощность и добротность приемных систем КА в зонах обслуживания абонентов, и тем самым создаются условия для использования абонентами относительно простых терминалов. Кроме того, одним из способов повышения пропускной способности радиолиний различного назначения является использование спектрально эффективных цифровых методов передачи. Так по каналам стандарта DVB-S2, используемого в каналах спутниковой связи прямого направления, применяется амплитудно-фазовая манипуляция (APSK). В статье предлагается вывод математического выражения для расчета вероятности появления ошибок некодированного сигнала 16APSKи 32APSK. Аналитические результаты выражены относительно параметра отношения сигнал/шум на символ (Es/N0), что позволяет осуществлять прогноз качества радиоканала к передаче информации и готовности прямого направления радиолиний высокоскоростной спутниковой системы связи.

Significant growth of the number of information sources requires an appropriate increase in the channel and communication links capacity. However, with consideration of the physical and geographical conditions of the Russian Federation, it is cannot be always possible to develop a terrestrial communication infrastructure. If the terminal devices are located at a significant distance from the fixed telecommunication network, it is advisable to use broadband radio systems to transmit the required amount of information. Currently, high-speed Ka/Q-band satellite systems are being created in Russia and around the world using geostationary communication satellites. These systems serve wide areas, providing subscribers with broadband access services to remote information and telecommunication resources. This is achieved through the use of multibeam antennas, which provide a highly effective isotropic radiated power and quality factor of the satellite receiving antennas in extended coverage areas, and thus creates conditions for the use of relatively simple subscribers terminals. Besides, one of the ways to increase the capacity of radio links for various purposes is to use spectrally efficient digital transmission methods. Thus, DVB-S2 channels, used in the forward satellite links use amplitude phase shift keying (APSK). In this paper, we obtain mathematical expressions for calculating the error probability of uncoded 16APSK and 32APSK signals. The analytical results are interpreted in terms of the signal-to-noise ratio (Es/N0), which allows forecasting the quality of radio channel for data transmission and forward satellite link availability of high-speed satellite communication systems.