Сравнение всех режимов TPC. Кодирование TurboProduct. Некодированный режим (без FEC)

7.6.1  Cравнение всех режимов TPC

Режим	Eb/No при BER=10-6 гарантировано (типично)	Eb/No при BER=10-8 гарантировано (типично)	Спекральная эффективность	Символьная скорость	Занимаемая полоса частот для несущей 1 Мбит/с *
QPSK Rate 1/2 Viterbi *	6.0 dB (5.5 dB)	7.3 dB (6.8 dB)	1.00 bits/Hz	1.0 ´ bit rate	1190 kHz
BPSK Rate 21/44 Turbo	2.9 dB (2.6 dB)	3.3 dB (3.0 dB)	0.48 bits/Hz	2.1 ´ bit rate	2493 kHz
BPSK Rate 5/16 Turbo	2.4 dB (2.1 dB)	2.8 dB (2.5 dB)	0.31 bits/Hz	3.2 ´ bit rate	3808 kHz
QPSK/OQPSK Rate 1/2 Turbo	2.9 dB (2.6 dB)	3.2 dB (2.8 dB)	0.96 bits/Hz	1.05 ´ bit rate	1246 kHz
QPSK/OQPSK Rate 3/4 Turbo	3.8 dB (3.3 dB)	4.4 dB (4.0 dB)	1.50 bits/Hz	0.67 ´ bit rate	793 kHz
QPSK/OQPSK Rate 7/8 Turbo	4.3 dB (4.0 dB)	4.5 dB (4.2 dB)	1.75 bits/Hz	0.57 ´ bit rate	678 kHz
QPSK/OQPSK Rate 0.95 Turbo	6.4 dB (6.0 dB)	6.9 dB (6.5 dB)	1.90 bits/Hz	0.53 ´ bit rate	626 kHz
8-PSK Rate 2/3 TCM ** and RS (IESS-310)	6.5 dB (5.6 dB)	6.9 dB (6.0 dB)	1.82 bits/Hz	0.56 ´ bit rate	666 kHz
8-PSK Rate 3/4 Turbo	6.2 dB (5.7 dB)	6.8 dB (6.3 dB)	2.25 bits/Hz	0.44 ´ bit rate	529 kHz
8-PSK Rate 7/8 Turbo	7.0 dB (6.6 dB)	7.2 dB (6.8 dB)	2.62 bits/Hz	0.38 ´ bit rate	453 kHz
8-PSK Rate 0.95 Turbo	9.3 dB (8.9 dB)	10.3 dB (9.9 dB)	2.85 bits/Hz	0.35 ´ bit rate	377 kHz
16-QAM Rate 3/4 Turbo	7.4 dB (7.0 dB)	8.2 dB (7.7 dB)	3.00 bits/Hz	0.33 ´ bit rate	396 kHz
16-QAM Rate 7/8 Turbo	8.1 dB (7.7 dB)	8.3 dB (7.9 dB)	3.50 bits/Hz	0.28 ´ bit rate	340 kHz
16-QAM Rate 3/4 ** Viterbi/Reed-Solomon	8.1 dB (7.5 dB)	8.6 dB (8.0 dB)	2.73 bits/Hz	0.37 ´ bit rate	435 kHz
16-QAM Rate 7/8 ** Viterbi/Reed-Solomon	9.5 dB (9.0 dB)	10.1 dB (9.5 dB)	3.18 bits/Hz	0.31 ´ bit rate	374 kHz

* Занимаемая полоса частот определяется шириной передаваемого спектра, выбираемого на уровне         -10 дБ на графике спектральной плотности мощности. Это соответствует значению для CDM-600:      1,19 ´ символьная скорость.

** Включено для сравнения.

Как можно видеть режим 8-PSK Rate 3/4 Turbo близок к режиму Rate 2/3 TCM/Reed-Solomon - в диапазоне приблизительно 0,4 дБ. Тем не менее, необходимо отметить, что режим Rate 3/4 Turbo на 20% более эффективен по занимаемой полосе частот, чем метод TCM. Необходимо также считаться с дополнительными преимуществами режима Turbo (более низкая задержка и др.).

Таблица 7-7. Сводные данные по кодированию TurboProduct

ЗА	ПРОТИВ
Исключительная производительность по BER - значительное улучшение по сравнению с другими методами FEC, используемыми на данный момент.	Ничего!
Отсутствие выраженного порогового эффекта - постепенный отказ.
Исключительная эффективность по ширине полосы для режима QPSK при скорости 3/4 - на 40 % меньше, чем для режима Витерби и каскадного режима Рида-Соломона.
Коэффициент усиления кодирования не зависит от скорости данных (в данной реализации).
Низкая задержка декодирования.
Легкое наращивание в рабочих условиях для CDM-600.

7.1   НЕКОДИРОВАННЫЙ РЕЖИМ (БЕЗ FEC)

Возможны ситуации, когда пользователь хочет использовать канал спутниковой связи без применения прямой коррекции ошибок (FEC). Поэтому CDM-600 обеспечивает некодированный режим для трех типов модуляции: BPSK, QPSK и OQPSK. Однако, пользователь должен знать о некоторых особенностях этого подхода.

Демодуляторам PSK присущи две нежелательные особенности. Первая называется "фазовой неоднозначностью" (Phase ambiguity) и обусловлена тем фактом, что демодулятор не имеет абсолютного эталона по фазе и в процессе восстановления несущей для демодулятора возможна блокировка (Lock up) в любом состоянии фазы K, где K = 2 для режима BPSK, K = 4 для режима QPSK/OQPSK. Без обеспечения решения проблемы с этими неоднозначными состояниями существует вероятность 1:2, что данные на выходе демодулятора будут неверными в режиме BPSK. Для режима QPSK вероятность составляет 3:4.

Эта проблема решается в режиме BPSK методом дифференциального кодирования данных до передачи, с последующим выполнением процесса инверсного декодирования. Это очень простой процесс, но его недостаток заключается в том, что он удваивает BER приема. На каждую битовую ошибку, которую дает демодулятор, дифференциальный демодулятор дает две.

Эта проблема в режиме QPSK сложнее, поскольку существует 4 возможных состояния блокировки, что ведет к 4 неоднозначным результатам. При использовании FEC состояние блокировки декодера FEC может быть использовано для решения двух случаев неоднозначности из 4; остальные 2 случая могут быть решены при использовании дифференциального кодирования/декодирования. Однако, если FEC не используется, должна использоваться совершенно другая схема. Следовательно, в режиме QPSK используется метод параллельного дифференциального кодирования/ декодирования, но его недостаток заключается в том, что снова удваивается BER приема.

Режим OQPSK снова представляет другую ситуацию, в которой неоднозначные результаты обусловлены не только отсутствием абсолютного эталона по фазе, но и незнанием того, какой из двух параллельных маршрутов в демодуляторе (I или Q) содержит полусимвольную задержку (Half-symbol delay). Используется другой тип дифференциального кодирования, но частота ошибок снова удваивается, по сравнению с идеальным случаем. 

ПРИМЕЧАНИЕ: При выборе некодированного режима модем автоматически использует дифференциальный кодер/декодер, соответствующий типу модуляции. Его нельзя отключить.

Вторая проблема, присущая демодуляторам PSK, заключается в "ложной блокировке данных" (Data false locking). Для выполнения задачи восстановления несущей демодулятор должен использовать нелинейный процесс. Для режима BPSK используется нелинейность второго порядка, для режима QPSK - нелинейность четвертого порядка. Когда для модуляции несущей используются данные на некоторой скорости символов, демодулятор может блокироваться на неправильных частотах, разнесенных с интервалом 1/4 скорости символов от несущей. Однако, при использовании декодирования FEC можно использовать состояние синхронизации декодера для верификации достижения правильной точки блокировки и для подавления ложных блокировок.

Однако, при использовании некодированного режима распознать ложную блокировку данных невозможно. Демодулятор дает индикацию правильной блокировки, но выход данных будет неверным.

Важно

Фирма ComtechEFData предупреждает пользователей относительно применения некодированного режима работы. Если ширина развертки при получении данных превышает 1/4 скорости символов, то высока вероятность ложной блокировки демодулятора.

Например, при использовании некодированного режима QPSK на 64 кбит/с скорость символов составляет половину этой скорости или 32 К символов/сек. 1/4 часть составляет 8 кГц. Следовательно, абсолютно максимальный диапазон развертки при получении данных, который должен приниматься во внимание, составляет +/- 8 кГц. Если существует какая-либо частотная неопределенность в входящей несущей, необходимо произвести вычитание из ширины развертки. С повышением скорости символов постепенно снижается острота данной проблемы.

Если пользователь не придерживается этих рекомендаций при использовании некодированного режима, фирма не несет ответственность за неправильный режим работы.

Рис. 7-1. Декодирование Витерби.

Подписи к рис. 7-1:

1.   Декодирование Витерби

2.   Некодированный режим BPSK/QPSK

3.   Типовая производительность

4.   Предел спецификации, кодирование при скорости 7/8

5.   Предел спецификации, кодирование при скорости 1/2

6.   Предел спецификации, кодирование при скорости 3/4