16
Следствием применения предложенного формата модуляции при объединении несущих GPS и ГЛОНАСС является более эффективная утилизация доступного системам спектрального ресурса по сравнению с вариантом применения AltBOC.
В четвертой главе на основании полученных в предыдущих главах результатов сформулированы общие рекомендации по выбору формата модуляции в задачах мультиплексирования в едином стволе сигналов смежных частотных диапазонов.
На этапе проектирования новых радиоинтерфейсов идеальным инструментом решения названной задачи является временное перемежение символов уплотняемых компонент. Иными словами, для объединения нескольких сигналов в едином стволе, работающем на общую передающую антенну, достаточно предусмотреть в каждом из них паузы, на месте которых разместить символы остальных компонент. При этом увеличения периода сигнала можно легко избежать пропорциональным уменьшением длины дальномерного кода. Показано, что подобные меры не повлекут за собой ухудшения такой ключевой характеристики, как уровень помехи множественного доступа.
Перенос идей спектрально-эффективной модуляции на случай совмещения сигналов смежных частотных диапазонов может быть реализован с привлечением предложенного в Главе 3 формата. Однако, в этом случае платой за спектральную компактность и отсутствие энергетических потерь станет невозможность передачи одновременно четырех независимых компонент.
Нелинейные методы уплотнения могут оказаться полезными в ситуациях, когда требуется объединить сигналы ГНСС, уже введенные в эксплуатацию. При этом неизбежной платой за сформированный таким образом мультиплекс являются энергетические потери, которые в случае AltBOC составляют 14,64 % полной энергии. Кроме того, комбинационные продукты амплитудного ограничения создают дополнительные помехи приему. Также к недостаткам данного подхода следует отнести размазанный по частоте спектр результирующего сигнала, что объясняется наличием разрывов в фазовой траектории суммарного сигнала.
Имея в виду энергетические потери и длинные хвосты спектральной функции, следует признать применение AltBOC модуляции для объединения сигналов ГЛОНАСС и GPS в L1 диапазоне нецелесообразным.
Отдельное внимание уделено вопросам применения AltBOC модуляции в диапазоне E5 Galileo. В свете существования более привлекательных альтернатив предпочтение разработчиками Galileo для сигнала E5 формата модуляции AltBOC представляется небесспорным. Так, применение Interplex модуляции позволит повысить технологичность формирования четырехкомпонентного сигнала без АМ, сведя названную процедуру к линейному сложению объединяемых компонент с последующей операцией жесткого амплитудного ограничения, тем самым избавив от необходимости синтеза цифровых поднесущих и компенсирующих компонент, неизбежной в случае выбора AltBOC модуляции. Энергетические потери при этом останутся на том же уровне, что и у AltBOC, и составят 14,64 % полной мощности. Отметим, что Interplex модуляция не предполагает разнесения мультиплексируемых сигналов на поднесущие, наличие которых в диапазоне E5 не сопровождается убедительной аргументацией. Тем самым, каждая из уплотняемых компонент может эффективно использовать весь доступный спектральный ресурс, что в конечном счете приведет к улучшению ключевых характеристик системы таких, как потенциальная точность оценки временного запаздывания и иммунитет к многолучевой помехе.
Кроме того на данном этапе развития ГНСС Galileo не существует препятствий для применения временного разделения компонент несущей E5. Если постулировать необходимость утилизации каждым из уплотняемых сигналов всей доступной полосы частот, реализация временного мультиплексирования позволит снизить уровень помехи
17
множественного доступа в два раза. При этом время поиска в режиме холодного старта останется на прежнем уровне.
Целесообразность применения AltBOC модуляции вызывает вопросы, даже если допустить существование разумных причин, оправдывающих наличие провала в спектре сигнала E5, так как в этом случае манчестерское кодирование, фигурирующее в литературе под аббревиатурой BOC модуляции, вкупе с временным разделением позволило бы эффективно решить названную задачу.
Таким образом, обоснованность предпочтения модуляции AltBOC для построения сигнала E5 Galileo оставляет место сомнениям в свете существования альтернатив, обладающих явными конкурентными преимуществами.
Основные результаты работы
1.В общем виде решена задача неравновесного мультиплексирования комплексных сигналов смежных частотных диапазонов на общей несущей. Получены аналитические выражения для расчета энергетических потерь, отношения мощностей сильной и слабой компонент, а также отношения мощности комбинационного члена к мощности слабой полезной компоненты.
2.Для практически интересных случаев найдены оптимальные опоры корреляторов компонентных приемников после амплитудного ограничения. Показано, что при равновесном объединении оптимальной опорой является цифровая поднесущая
AltBOC.
3.Показано, что на передающей стороне результирующий сигнал может быть сформирован с использованием гармонических поднесущих. При этом для устранения АМ комплексной огибающей можно применить операцию жесткого амплитудного ограничения. В рамках такого сценария отпадает необходимость синтеза как цифровых поднесущих AltBOC, так и выравнивающих (компенсирующих) компонент.
4.Обоснована практическая нецелесообразность применения AltBOC модуляции для уплотнения сигналов несущих L1 GPS и L1 ГЛОНАСС.
5. Предложен способ объединения сигналов двух поднесущих в спектральноэффективном формате модуляции, значительно превосходящий AltBOC модуляцию с точки зрения компактности спектра.
6.Продемонстрирована невозможность передачи четырех независимых компонент в рамках спектрально-эффективной модуляции в задачах объединения сигналов двух поднесущих.
7.Рассмотрены варианты объединения несущих L1 ГЛОНАСС и L1 GPS, L3 ГЛОНАСС и L5 GPS в рамках предложенного формата. Показано, что применение последнего благотворно влияет на электромагнитную совместимость отечественной системы со службой радиоастрономических наблюдений. Так при использовании продвигаемого формата заметно смягчаются требования к режекторным фильтрам в части подавления внеполосных составляющих спектра несущей L1 ГЛОНАСС в радиоастрономической полосе.
18
8.Показано, что на этапе проектирования соответствующих систем идеальным инструментом мультиплексирования сигналов смежных частотных диапазонов является временное уплотнение.
9.Проанализирован вопрос применения AltBOC модуляции в диапазоне E5 Galileo. Предложены альтернативы, обладающие явными конкурентными преимуществами.
Публикации
Основные результаты диссертации опубликованы в следующих печатных трудах. Публикации в изданиях из перечня ведущих рецензируемых изданий, рекомендованных
вдействующем перечне ВАК:
1.Игнатьев, Ф.В. Спектрально-эффективная модуляция с памятью в приложении к формированию дальномерных сигналов ГНСС / Хачатурян А.Б., Ф.В.Игнатьев // Журнал радиоэлектроники, № 2, 2012.– c. 1-8
2.Игнатьев, Ф.В. Комбинационные продукты при нелинейном мультиплексировании квадратурных пар бинарных сигналов с произвольным разносом по частоте / Ф.В. Игнатьев, В.П. Ипатов // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника,№6, 2011.– c. 3-11
3.Игнатьев, Ф.В. Мультиплексирование сигналов двух поднесущих в спектральноэффективном формате модуляции / Ф.В. Игнатьев, В.П. Ипатов // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника, СПб, № 5, 2012.– c. 8-14
4.Игнатьев, Ф.В. Спектрально-эффективное совмещение сигналов двух поднесущих, свободное от амплитудной модуляции / Ф.В. Игнатьев, В.П. Ипатов // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника, СПб, № 1, 2013.– c. 10-17
5.Игнатьев, Ф.В. Нелинейное мультиплексирование квадратурных пар бинарных сигналов с произвольными весами / Ф.В. Игнатьев, В.П. Ипатов // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника, СПб, № 5, 2013.– c. 3-7
6.Игнатьев, Ф.В. Модуляция с непрерывной фазой как инструмент улучшения компактности спектра сигналов спутниковой навигации / Ф.В. Игнатьев, В.П. Ипатов, А.Б. Хачатурян // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника, СПб, № 4, 2012.– c. 28-36
7.Игнатьев, Ф.В. Модуляция с непрерывной фазой при наличии памяти: аддитивное разложение и спектральная эффективность / Ф.В. Игнатьев, В.П. Ипатов, А.Б. Хачатурян // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника, СПб, № 5, 2012.– c. 3-8
впрочих рецензируемых изданиях
8.Игнатьев, Ф.В. Энергетика навигационных радиолиний космос-Земля в диапазонах S, C и Ku / С.Б. Болошин, Ф.В. Игнатьев, В.П. Ипатов, Б.В. Шебшаевич// Новости навигации, М., № 3, 2013.– с. 10-15
всборниках трудов всероссийских конференций
9.Игнатьев, Ф.В. Спектрально-эффективная модуляция с памятью в приложении к формированию дальномерных сигналов ГНСС/ Хачатурян А.Б., Игнатьев Ф.В. // V Всероссийская научно-техническая конференция, М., 21-25 ноября 2011.–с. 162-165