Применение оптимальных сигналов с амплитудно-фазовой модуляцией в каналах с доплеровским смещением частоты

Рассмотрена задача повышения спектральной эффективности радиотехнических систем передачи сообщений в каналах с доплеровским смещением частоты на основе применения оптимальных сигналов с амплитудно-фазовой модуляцией. Актуальность исследования обусловлена необходимостью обеспечения высоких скоростей передачи данных в системах связи с низкоорбитальными космическими аппаратами, где традиционные сигналы с формирующими импульсами типа RRC демонстрируют значительные энергетические потери при попытке увеличения символьной скорости. Предложена методика синтеза оптимальных амплитудных импульсов на основе критерия минимизации внеполосных излучений при заданных ограничениях на коэффициент корреляции, определяющий помехоустойчивость приема. Разработана компьютерная имитационная модель канала передачи, учитывающая нестабильность несущей частоты, сдвиг временной синхронизации и доплеровское смещение, моделируемое с учетом масштабирования временной шкалы сигнала. В ходе численного моделирования для сигнального созвездия 64APSK и скорости кодирования 4/5 установлено, что применение оптимальных сигналов с удвоенной символьной скоростью обеспечивает прирост спектральной эффективности до 12,7% по сравнению с RRC-сигналами при оценке полосы частот по критерию концентрации 99% энергии. При этом энергетические потери составляют 3−4 дБ в зависимости от угла возвышения космического аппарата, что обусловлено необходимостью расширения полосы пропускания приемных трактов в условиях доплеровских искажений. Показано, что выбор значения коэффициента взаимной корреляции позволяет управлять компромиссом между помехоустойчивостью и спектральной компактностью сигнала. Полученные результаты подтверждают целесообразность использования оптимальных сигналов в системах спутниковой связи с высокими требованиями к спектральной эффективности и ограниченным энергетическим бюджетом радиолинии.