Анализ влияния характеристик квадратурных преобразователей на работу радиоприемных устройств цифровых сигналов радиосвязи и телерадиовещания

Анализ влияния характеристик квадратурных преобразователей на работу радиоприемных устройств цифровых сигналов радиосвязи и телерадиовещания

Ключевые слова: квадратурный демодулятор, 1/О-разбаланс, сдвиг постоянной составляющей, 0УВ-Ї2, 0УВ-32.

В литературе недостаточно полно отражено влияние неидеальной работы квадратурных преобразователей на работу новых стандартов цифрового телерадиовещания 0УВ-Т2 и 0УВ-Б2. Приводимые результаты аналогичных исследований зачастую представлены в комплексе для того, чтобы выявить максимальные ухудшения в принимаемом сигнале, поскольку их основной целью является демонстрация работы алгоритмов по устранению неидеальной работы элементов радиотракта. Выявлено воздействие каждого фактора неидеальной работы квадратурных понижающих преобразователей на помехоустойчивость систем радиосвязи и телерадиовещания. В результате получены зависимости величины энергетических потерь для сигналов с различными видами модуляции от значений дисбаланса амплитуд, дисбаланса фаз и смещения постоянной составляющей. Даны рекомендации в отношении устройств обработки сигнала в приемнике. Определены основные требования к элементной базе и проведена оценка возможности реализации заданной помехоустойчивости. Полученные результаты применимы и к другим системам, работающим в аналогичных условиях.

Косичкина Т.П.,

к.т.н, доцент кафедры РТС, МТУСИ Хасьянова Е.Р.,

аспирантка, МТУСИ

Квадратурные модуляторы и демодуляторы являются неотъемлемой частью современных телекоммуникационных систем как в качестве дискретных устройств, так и составных частей интегральных радиоприемников. В идеале, с применением квадратурных демодуляторов возможно достаточное подавление помехи зеркального канала. Но на практике, вносимый ими амплитудный и фазовый разбаланс, а также сдвиг постоянной составляющей, могут значительно усложнить задачу обнаружения и обработки сигнала.

Рассматривается воздействие на помехоустойчивость систем телевещания РУВ-Т2 и РУВ-32 таких погрешностей, как разбаланс амплитуд и фаз квадратурных составляющих, смещение постоянной составляющей.

Зачастую, в литературе результаты подобных исследований представляются в комплексном виде, что усложняет оценку влияния отдельных параметров на ухудшение помехоустойчивости [1 и др.]. При проведении моделирования значения 1/О-разбаланса иногда задаются выше, чем заявленные у производителей современной элементной базы [2 и др.].

Для более точной оценки, рассмотрим интересующие нас параметры квадратурных демодуляторов и интегральных приемников для систем РУВ-Т2 и РУВ-32 (табл.1).

Таблица 1

Модель Частотный диапазон, ГГц Амплитудный разбаланс I/Q, дБ Фазовая ошибка 1/0, град Сдвиг постоянной составляющей, мВ

900 МГц 1900 МГц 2700 МГц 900 МГц 1900 МГц 2700 МГц мин., макс.

1/Q демодуляторы

Analog Devices Inc.

ADL5387 0,05-2 0,05 0,05 - 0,2 0,3 - ±5

ADL5380 0,4-6 0,07 0,07 0,07 0,2 0,25 0,5 ±10

ADL5382 0,7 - 2,7 0,05 0,05 0,16 0,2 0,2 0,1 ±5

Polyphase

AD0540B 0,5-4 ±0,05 - ±0,5 - ±2

QD0622B 0,6 - 2,2 ±0,1 - ±1,4 - -1,+2

QD1422B 1,4-2,2 ±0,1 - ±0,1 - -1,0

Linear Technology

LTC5585 0,7-3 0,05 0,05 0,05 0,3 0,7 1,0 коррекция

LT5575 0,8 - 2,7 0,03 0,01 0,04* 0,5 0,4 0,6* ±6

Интегральные радиоприемники прямого преоОраювания

MAXIM

МАХ2112 0,93-2,18 ±1 - ±3,5 коррекция

Linear Technology

LTM9004 0,7-2,7 ±0,2 * ±1,5 коррекция

DVB-T.2, Including LDPC Coding |

|~i-rwT-nr

Bemoulli

Paaet Souroe

BBFRAME

Buffering

PER

#Em

LDPC Enoodar

General

Block

Interleave

DVB-T

64-QAM

OFDM

Transmitter

Pa<*et Error Rate

BBFRAME Un buffering

BCH Decoder

Error Rate Calculation

BER

«ВП

LDPC Bit Error Rate

Discrete-Time Scatter Plot Scope1

LDPC Decoder

General

Block

Deinterleaver

DVB-T 04-OAM De mapper

No of Parity-CheA Failures

Model

Parameters

No. of Iterations

Рис. 1. Имитационная модель для цифрового телерадиовещательного стандарта РУВ-Т2

Рис. 2. Сигнальные созвездия для разных типов модуляции РУВ-Т2. Кодовая скорость 1 /2. Разбаланс по амплитуда д = 0,1, разбаланс по фазе, ф :

Для проведения исследований в среде моделирования Matlab были собраны имитационные модели с применением пакета SIMULINK [3] для DVB-T2 и DVB-S2. Моделирование проводилось для всех режимов передачи (типов модуляции и кодовых скоростей).

а) Стандарт DVB-T2. Структурная схема состоит из нескольких узлов (рис.1):

— имитационной модели источника сигнала с формированием тестовых сигналов согласно спецификации стандарта DVB-T2 [3].

— аналоговый входной каскад, представлен блоком "I/ Q imbalance", в котором моделируются амплитудные, фазовые ошибки квадратурных преобразователей и значения сдвига постоянной составляющей;

— цифровая часть приемного тракта, где происходит детектирование и обработка цифрового сигнала согласно используемому стандарту в процессе моделирования.

Для снятия кривых помехоустойчивости в модель включен измеритель интенсивности битовых ошибок.

Сигнальные созвездия для разных типов модуляции данной модели с введением разбаланса по амплитуде и фазе представлены на рис. 2.

За основу взяты соответствующие значения модели QD0622B компании Polyphase. В ходе моделирования было выявлено, что наибольшее ухудшение помехоустойчивости вследствии I/Q разба-

ланса и сдвига постоянной составляющей, как вместе так и по отдельности, происходит при модуляции 256-ОДМ (рис. 3а). Значительное ухудшение также наблюдается для 64-ОДМ в случае совместного влияния этих параметров или сдвига постоянной составляющей при условии отсутствия погрешностей квадратурного понижающего преобразования (рис. 3б).

Для остальных возможных видов модуляции РУВ-Т2 (ОРБК, 16-ОДМ) существенное ухудшение помехоустойчивости наблюдается при значениях амплитудного и фазового разбаланса, превосходящих возможности човременной элементной базы (табл. 2).

Таблица 2

Пример параметров амплитудного (д) и фазового (ф) разбаланса, при которых ВЕН = 10"3 для разных видов модуляциии ЭУВ-Т2

Однако, наличие сдвига постоянной составляющей увеличивает интенсивность битовой ошибки (ВЕР) при любом законе модуляции данного стандарта (рис. 4).

а) б)

Рис. 3. Характеристики помехоустойчивости сигналов РУВ-Т2 для 1Р = 2/3 ЫЫрс = 64 800, 256-ОДМ

Рис. 4. Характеристики помехоустойчивости сигналов йУВ-Т2 для R = 2/3 ЫИрс = 64 800, ОРБК(а); для R = 2/3 Мфс = 64 800, 16-ОАМ

Рис. 5. Имитационная модель для цифрового радиовещательного стандарта йУВ-Б2

Проведенное моделирование для РУВ-Т2 показало следующее:

2. Смещение постоянной составляющей оказывает наибольшее

1. Разбаланс квадратурных составляющих по амплитуде и фазе влияние на ухудшение помехоустойчивости, независимо от закона

не оказывает значительного влияния на сигналы стандарта РУВ-Т2. модуляции.

Заметно их влияние только на сигналы с низкой помехоустойчивостью (2560ДМ), причем значения , при которых происходит ухудше-

б) Стандарт 0УВ-52.

Основные узлы и принцип измерений аналогичны РУВ-Т2, тес-

ние качественных показателей, могут существенно превышать пара- товые сигналы формируются согласно спецификации стандарта

метры современных микросхем.

РУВ-32 [4].

В процессе моделирования основное внимание было уделено исследованию модуляционных схем с наихудшей помехоустойчивостью, а именно 16ДРБК и 32ДРБК (Рис. 6).

Результаты моделирования показали, что:

1. Зависимость ВЕР от значений амплитудного разбаланса носит пороговый характер, На Значения фазового разбаланса, при котором возникают критические ошибки для кольцевых созвездий 16ДРБК и 32ДРБК, значительно превосходят значения современной элементной базы.

2. Значения сдвига постоянной составляющей при котором происходит заметное ухудшение помехоустойчивости при приеме сигналов РУВ-Б2, даже для сигналов с большим значением спектральной эффективности, имеют достаточно большие значения.

В результате исследования влияния погрешностей квадратурных преобразователей на помехоустойчивость стандартов РУВ-Т2 и РУВ-Б2 было выяснено, что в целом существенное увеличение интенсивности ошибок при приеме возникает вследствие неотъемлемого наличия в аналоговом входном каскаде сдвига постоянной составляющей. Необходимость компенсации 1/О-разбаланса необ-

ходима более для систем DVB-S2. Задачей дальнейших исследований является возможность введения существующих алгоритмов компенсации динамического сдвига постоянной составляющей для приведенных стандартов и схем, работающих в аналогичных условиях.

Литература

1. Walter Fischer. Digital Video and Audio Broadcasting Technology. 2008 Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

2. http://www.see.ed.ac.uk/~s0571365/Files/Articles/ISCAS06/ docs/Tutorials/ M06.pdf.

3. Дьяконов В.П. MATLAB и SIMULINK для радиоинженеров, ДМК Пресс, 2011, 976 c.

4. ETSI TS 102 831 V1.1.1 (2010-10) Digital Video Broadcasting (DVB); Implementation guidelines for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2).

5. ETSI EN 302 307V1.2.1 Digital Video Broadcasting (DVB);Second generation framing structure, channel coding and modulation systems for Broadcasting, Interactive Servces, News Gathering and other broadband satellite applications (DVB-S2). 2009-04.

Anal/sis of the influence of the characteristics of quadrature converters work of radio devices digital radio signals and broadcasting

Kosichkina T.P., Khasyanova E.R., MTUCI, Russia Abstract. Effects of non-ideal quadrature downconverters processing haven't been total analyzed for DVB-T2 and DVB-S2 standards. Furthermore, since a major goal of the similar researches is the demonstration of digital compensation algorithms, the results of them are often presented in general view wth oversize imbalances parameters. Estimated effects for noise margin such quadrature non-idealities as I/Q-imbalance and DC-Offset. At the end of the investigation we w'll receive the relationships between energy losses and the imbalances values. Besides, we'll give the recommendations in regard to the receiver's signal processing devices and general requirements lor modern hardware components. The results are applicable to other systems under similar conditions.

Keywords: I/Q-demodulator, I/Q-imbalance, DC-Offcet, DVB-T2, DVB-S2.