Применение модуляции с малым пик-фактором в системах радиосвязи

Введение. Системы радиосвязи для малых околоземных объектов имеют ряд особенностей, которые обусловлены спецификой их применения. Они должны отвечать ряду противоречивых требований. С одной стороны, они должны обеспечивать высокую скорость передачи данных (до 20 Мбит/c), с другой – обеспечивать функционирование на большие расстояния до 150 км и более, обладая при этом малыми габаритами и энергопотреблением (как правило, не более 5…20 Вт). Основная часть энергии, потребляемой бортовой системой радиосвязи малых околоземных объектов, приходится на усилитель мощности, поэтому в таких системах связи целесообразно использовать модуляцию с наименьшим значением пик-фактора.

Цель работы. Исследовать влияние параметров и режимов работы усилителя на основные параметры системы радиосвязи: выходную мощность, коэффициент полезного действия (КПД), внеполосное излучение передатчика и чувствительность приемника для сигналов с разными видами модуляции и разным значением пик-фактора.

Материалы и методы. Испытательный стенд состоял из генераторов псевдослучайной последовательности и несущей, передатчиков QPSK, OQPSK и SR-FQPSK, усилителя, приемников QPSK, OQPSK и SR-FQPSK, аттенюаторов, анализатора спектра, измерителя мощности и измерителя ошибок. Измерение параметров проводилось с использованием методов, заложенных в приборах.

Результаты. Исследования показали, что при работе усилителя в нелинейном режиме в области компрессии возрастает КПД и выходная мощность. Мощность внеполосного излучения максимальна для сигнала с модуляцией QPSK. Чем ближе к области компрессии работает усилитель и чем больше пик-фактор сигнала, тем ниже чувствительность приемника.

Заключение. Применение модуляции с малым пик-фактором (в данном случае SR-FQPSK) позволяет получить максимальную выходную мощность усилителя, максимальный КПД и минимальный уровень внеполосного излучения, что повышает энергетическую эффективность системы радиосвязи, увеличивает дальность связи и позволяет в полной мере использовать частотное разделение каналов.

1. Мельник М. А. Виды БПЛА и их возможности // Главный механик. 2024. Т. 21, № 6 (250). С. 15–24.

2. Grebennicov A., Sokal N. O., Franco M. J. Switchmode RF and Microwave Power Amplifier. Cambridge: Academic Press, 2012. 345 p. doi: 10.1016/C2011-0-04475-7

3. СВЧ усилители мощности с высоким КПД на основе технологии AlGaN/GaN / П. А. Туральчук, В. В. Кириллов, О. Г. Вендик, М. Д. Парнес // Электроника и микроэлектроника СВЧ. 2016. Т. 1. С. 182–186.

4. Баженов А. Л. Виды модуляции сигнала со многими поднесущими исходя из помехоустойчивости и пик-фактора // Вестн. Московского энергетического института. 2012. № 3. С. 99–102.

5. Паршин Ю. Н. Повышение энергетической эффективности передачи сигналов в нелинейном радиотракте // Радиотехника. 2018. № 3. С. 48–53.

6. El-Khatib Z., MacEachern L., Mahmoud S. A. Distributed CMOS Bidirectional Amplifiers. Broadbanding and Linearization Techniques. New York: Springer, 2012. 134 p. doi: 10.1007/978-1-4614-0272-5

7. Фам К., Ле В. Ш. Метод улучшения коэффициента полезного действия усилительного модуля // Universum: техн. науки. 2023. № 4–2 (109). С. 60–63.

8. A Crest Factor Reduction Technique for LTE Signals with Target Relaxation in Power Amplifier Linearization / J. R. Cárdenas-Valdez, J. A. Galaviz-Aguilar, C. Vargas-Rosales, E. Inzunza-González, L. FloresHernández // Sensors. 2022. Vol. 22, iss. 3. Art. № 1176. doi: 10.3390/s22031176

9. Кочкаров А. А. Современная инженерия малых беспилотных летательных аппаратов и особенности их сетевого взаимодействия // Проектирование будущего. Проблемы цифровой реальности: тр. 1-й Междунар. конф., Москва, 8–9 февр. 2018 / ИПМ им. М. В. Келдыша. М., 2018. С. 113–121.

10. UAV-Enabled Uplink Non-Orthogonal Multiple Access System: Joint Deployment and Power Control / Lu Jinhui, Wang Yuntian, Liu Tingting, Zhuang Zhihong, Zhou Xiaobo, Shu Feng, Han Zhu // IEEE Transactions on Vehicular Technology. 2020. Vol. 69, iss. 9. P. 10090–10102. doi: 10.1109/TVT.2020.3005732

11. Kaul S. K. QPSK, OQPSK, CPM Probability of Error for AWGN and Flat Fading Channels. URL: https://www.winlab.rutgers.edu/~narayan/Course/Wless/Lectures05/lect9.pdf (дата обращения: 08.10.2024)

12. Erkin Cubukcu. Root Raised Cosine (RRC) Filters and Pulse Shaping in Communication Systems. URL: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20120008631/downloads/20120008631.pdf (дата обращения: 08.10.2024)

13. Сердюков П. Н., Шевцов И. Ф. Выбор методов модуляции в цифровых радиоканалах // Спец. техника. 1998. № 4–5. С. 47–51.

14. An J., Song Z. A New FQPSK with Ideal BER Performance // 7th Intern. Conf. on Wireless Communications, Networking and Mobile Computing, Wuhan, China, 23–25 Sept. 2011. IEEE, 2011. doi: 10.1109/wicom.2011.6040219

15. Freescale Semiconductor, Doc. Num.: MW6S004N. URL: https://static6.arrow.com/aropdfconversion/d0954a3a08073a5249d9359e48736a1f37fd6442/112956560690900mw6s004n.pdf (дата обращения: 08.10.2024)

16. Боев Н. М. Анализ командно-телеметрической радиолинии связи с беспилотными летательными аппаратами // Вестн. Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М. Ф. Решетнева. 2012. № 2 (42). С. 86–91.

17. Hill T. J. An Enhanced, Constant Envelope, Interoperable Shaped Offset QPSK (SOQPSK) Waveform for Improved Spectral Efficiency // Intern. Telemetering Conf., San Diego, California, 23–26 Oct. 2000. P. 86–95.