Исследование влияния фазовых шумов модуляторов цифровых сигналов на вероятностные характеристики при их приеме

Аннотация

Приведены результаты исследований искажающего влияния фазовых шумов модуляторов цифровых сигналов, порождаемых кратковременной нестабильностью работы тактовых генераторов, на деградацию вероятностных характеристик (вероятность ошибки на бит) при приеме цифровых сигналов с двумерными «созвездиями» (сигналы с многопозиционной фазовой манипуляцией и сигналы с амплитудно-фазовой манипуляцией). Исследования выполнены для двух моделей фазовых шумов с параметрами их мощности с равномерным и нормальным законами плотности распределения значений фаз. Приведены численные оценки энергетических потерь, полученные путем теоретического вычисления и компьютерного моделирования алгоритма приема цифровых сигналов при использовании рассматриваемых моделей фазовых шумов по отношению к аддитивному белому гауссовскому канальному шуму. Показано, что энергетические потери, вычисленные с использованием аналитического соотношения для данных сигналов, представляют достаточно приближенные оценки по отношению к результатам моделирования. Показано также, что для сигналов с 2-х позиционной фазовой манипуляцией и для сигналов с амплитудно-фазовой манипуляцией с порядком манипуляции, равным 8, при наличии фазовых шумов с задаваемыми мощностями и законами плотности распределения вероятности ошибки на бит практически эквивалентны теоретическим значениям вероятностям ошибки на бит для канала с аддитивным белым гауссовским шумом - в этом случае энергетические потери практически отсутствуют. Сигналы с 8-ми позиционной фазовой манипуляцией наиболее подвержены искажающему влиянию фазового шума - энергетические потери превышают 1.5 дБ. Метод снижения энергетических потерь при приеме рассматриваемого ряда цифровых сигналов основывается на использовании тактовых генераторов с понижением мощности фазовых шумов.

• цифровые сигналы
• фазовый шум
• нестабильность генераторов
• вероятность ошибочного приема

Abstract (in English)

Investigation of phase noise influence of modulator for the error-performances under reception of digital signals

The results of studies of the distorting effect for phase noise of digital signal modulators, generated by short-term instability of clock generators, on the degradation of probabilistic characteristics (bit error probability) when receiving digital signals with two-dimensional "constellations" (signals with multi-position phase shift keying and signals with amplitude-phase shift keying) are presented. Research is carried out for two models of phase noises with parameters of their power with uniform and normal laws of phase density distribution. Numerical estimates of energy losses are given, obtained by theoretical calculation and computer simulation of the algorithm for receiving digital signals using the considered models of phase noise with respect to additive white Gaussian channel noise. It is shown that the energy losses calculated using the analytical relation for these signals are fairly approximate estimates in relation to the simulation results. It is also shown that for signals with 2-position phase shift keying and for amplitude-phase keying with a keying order equal to 8, in the presence of phase noise with specified powers and distribution density laws, the bit error probabilities are practically equivalent to the theoretical values of the bit error probabilities for channel with additive white Gaussian noise - in this case, the energy loss is almost equal to 0. Signals with 8-position phase-shift keying are most susceptible to the distorting effect of phase noise - for the considered phase noise power parameter, the energy loss exceeds 1.5 dB. The method of reducing energy losses when receiving the considered series of digital signals is based on the use of clock generators with a decrease in the power of phase noise.

Для цитирования

Литература

1. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Второе издание. Москва, Издательский дом "Вильямс". 2003. 1104 с.
2. Meyr M., Moeneclaey M., Fechtel S.A. Digital communication Receivers. New York, Wiley-Interscience Publication, John Wiley and Sons, Inc. 1998. 827p.
3. Armada A.G. Understanding the Effects of Phase Noise in Orthogonal Frequency Division Multiplexing. IEEE Transactions on Broadcasting. 2001. V.47. №1. P.153-159. https://doi.org/10.1109/11.948268