Результаты расчета и моделирования вероятности ошибок передачи сигнала квадратурной амплитудной и фазовой модуляции, вызываемых нелинейностью передатчика Q-диапазона

Abstract

The multichannel QAM and APSK signal transmission in the Q band is considered. The analysis has been performed of the mutual interference of channels when passing QAM and APSK signals through the amplifier with a nonlinear transfer characteristic. We consider two mechanisms of the intermodulation distortion effect on the probability of the error in symbol transmission, namely effect of in-phase intermodulation components on the signal in the given channel, and effect of additive in power components caused by the interaction between two or three channels other than the given one. In order to estimate the effect of the second mechanism the central limit theorem was used. We obtained a top estimate for the probability of the signal transfer error arising due the mutual channels interference caused by the amplifier nonlinearity as a function of gain compression level, modulation index, and number of channels. The OIP3 value was taken as a parameter that affects the probability of the erroneous signal transfer. In order to validate the results obtained, the Simulink model of the multichannel QAM signal transfer was built and the results of the modeling had been studied. The model accounts for three mechanisms of interference due to the power amplifier nonlinearity. The first one is the intermodulation mechanism, the second one is the signal constellation distortion caused by the difference in the amplification for the constellation points with different amplitudes, and the third one is the mismatch of filters in the transmitter and the receiver as the transmitting power increases, leading to the increase in intersymbol interference and the constellation points “blur”. The latter two mechanisms manifest themselves in both multichannel and single-channel systems. In this work the intermodulation mechanism is studied in detail. All the calculations performed for the power amplifier IC MAAP-010512 manufactured by MACOM with P _1dB = 27 dBm and P _OIP3 = 38 dBm and the input signal power levels corresponding to the gain compression of 0.5-1 dB.

• transmitter
• intermodulation
• error probability

Аннотация (на русском)

Результаты расчета и моделирования вероятности ошибок передачи сигнала квадратурной амплитудной и фазовой модуляции, вызываемых нелинейностью передатчика Q-диапазона

Рассмотрена многоканальная передача квадратурных амплитудно- и фазово-модулированных (КАМ и ФМ) сигналов передатчиком Q-диапазона. Проведен анализ взаимного влияния каналов при прохождении КАМ и ФМ сигналов через усилитель с нелинейной передаточной характеристикой. Рассмотрены два механизма воздействия интермодуляционных искажений на вероятность ошибочной передачи символа: синфазное воздействие интермодуляционных составляющих на сигнал выделенного канала и воздействие аддитивных по мощности составляющих, обусловленных взаимодействием двух и трех каналов, не совпадающих с выделенным. Для оценки влияния второго механизма при аналитическом рассмотрении используется центральная предельная теорема. Произведена оценка сверху вероятности ошибки передачи сигнала, возникающей в результате взаимного влияния каналов из-за нелинейности передаточной характеристики, в зависимости от уровня компрессии выходной мощности, индекса модуляции и числа каналов. В качестве параметра, влияющего на вероятность ошибочной передачи сигнала, принималось значение OIP3. Для подтверждения полученных результатов проведено имитационное моделирование многоканальной передачи КАМ сигналов в среде Simulink и исследованы его результаты. Имитационная модель позволяет учесть три механизма возникновения помех, связанных с нелинейностью характеристики усилителя мощности. Во-первых, это интермодуляционный механизм, во-вторых, это искажение сигнального созвездия вследствие разницы коэффициентов усиления для точек созвездия с различными амплитудами и, в-третьих, это нарушение согласования между формирующими фильтрами в передающей и приемной частях при увеличении мощности передачи, вследствие чего увеличивается межсимвольная интерференция и происходит «размывание» точек созвездия. Последние два механизма проявляются как в многоканальных, так и в одноканальных системах. В работе подробно исследуется интермодуляционный механизм. Расчеты выполнены для микросхемы усилителя мощности MAAP-010512 фирмы MACOM с параметрами P _1dB = 27 дБм и P _OIP3 = 38 дБм в окрестности значения входного сигнала, соответствующего уровню компрессии выходной мощности 0.5-1 дБ.

For citation

References

1. А. Н. Трофимов. Методы передачи дискретных сообщений. Конспект лекций (февраль 2004). Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения, 2001-2004.
2. Б. Р. Левин. Теоретические основы статистической радиотехники. М.: Радио и связь, 1989. 656 c.
3. A. Chorti, M. Brookes. On the Effects of Memoryless Nonlinearities on M-QAM and DQPSK OFDM Signals. // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 54, no. 8, pp. 3301-3315, Aug. 2006.
4. Дж. Прокис. Цифровая связь. М.: Радио и связь, 2000. 800 с.