Вероятностные характеристики при приеме и обнаружении цифровых сигналов (например, вероятности ошибки на сигнальный символ, вероятности ошибки на информационные бит) являются одними из наиболее важных для информационных систем различного назначения, включая спутниковые и наземные информационные системы, системы дистанционного зондирования Земли [1,2]. Эти характеристики определяются рядом факторов - использованием классов цифровых сигналов, программно-аппаратной реализацией алгоритмов приема цифровых сигналов, отношением сигнал/помеха, свойствами радиолиний передачи информации (многолучевость распространения сигналов, стационарность радиолиний), точностью работы систем синхронизации (фазовой, тактовой, частотной), др. [1].
Среди этих факторов самостоятельное направление теории сигналов и информационных систем составляет исследование нестабильностей модуляторов сигналов (кратковременных и долговременных), характеризуемых порождаемыми стохастическими фазовыми шумами, и их влияние на деградацию вероятностных характеристик при приеме рассматриваемых сигналов [3,4]. Для количественной оценки используется параметр – спектральная плотность мощности фазовых шумов генераторов (СПМ) в заданной полосе частот [3,4]. Для простых сигнальных «созвездий» цифровых сигналов (с 2-х и 4-х уровневой фазовой манипуляцией с частотной эффективностью 1 и 2 бит/с/Гц соответственно) известны аналитические соотношения, определяющие связь соответствующих вероятностей ошибки на бит с значениями СПМ при наличии канальных аддитивных тепловых шумов [2,5]. Актуальной является задача оценивания влияния СПМ на вероятностные характеристики приема более сложных сигнальных «созвездий» с амплитудно-фазовой манипуляцией (АФМ сигналы) и с увеличением их частотной эффективности, рекомендуемых для практических приложений [6,7]. Для данного класса сигналов в общем случае отсутствуют подобные аналитические соотношения, соответствующие вероятностные характеристики определяются путем моделирования алгоритмов приема цифровых сигналов с использованием моделей фазовых шумов при наличии канальных шумов с вариацией их параметра сигнал/помеха.
В докладе приведены результаты численных оценок деградации вероятностных характеристик приема класса сигналов с частотной эффективностью до 4…6 бит/с/Гц при наличии фазовых шумов для типичных модуляторов [3]. В частности, при решении данной задачи проведены исследования для класса АФМ сигналов с частотной эффективностью до 6 бит/с/Гц (объем сигнальных "созвездий" до 64). Показано, что в этом случае энергетические потери достигают 0.5…3.5...7.0 дБ в зависимости от мощности фазовых шумов и типа сигнальных "созвездий" по отношению к наличию лишь канального теплового шума. Это необходимо учитывать при оценивании энергетических бюджетов радиолиний.
Показано также, что наиболее подвержены искажающему влиянию фазовых шумов сигналы с многофазовой манипуляцией, наименее подвержены АФМ сигналы при эквивалентной частотной эффективности.
Работа выполнена в рамках государственного задания ФИРЭ им. В.А. Котельникова РАН.