Разработка сигнально-кодовой конструкции для энергоэффективных станций спутниковой связи

А.В. Архипов; А.М. Фоминых; Д.А. Романов; Н.А. Воробьев; П.В. Луферчик; А.А. Комаров; И.С. Поветкин

doi:10.18127/j20700784-202602-13

Разработка сигнально-кодовой конструкции для энергоэффективных станций спутниковой связи

А.В. Архипов¹, А.М. Фоминых², Д.А. Романов³, Н.А. Воробьев⁴, П.В. Луферчик⁵, А.А. Комаров⁶, И.С. Поветкин⁷

научная статья УДК 621.396 Страницы: 117-127 doi.org/10.18127/j20700784-202602-13

^{1,2,3,4,5,6,7} АО «НПП «Радиосвязь» (г. Красноярск, Россия)

Ключевые слова: Спутниковая связь энергетическая эффективность полярное кодирование кадровая синхронизация OQPSK тактовая синхронизация фазовая синхронизация

Аннотация

Постановка проблемы. В настоящее время портативные станции спутниковой связи очень востребованы
из-за своей мобильности. Одним из основных параметров портативных станций является время автономной работы от аккумуляторной батареи. Увеличение требований к времени автономной работы портативных станций спутниковой связи -- актуальная проблема, которая влечет за собой необходимость повышения энергетической эффективности аппаратуры. Повышение энергетической эффективности модемного оборудования в системах связи достигается за счет использования более эффективных сигнально-кодовых конструкций.

Цель. Разработать сигнально-кодовую конструкцию на базе полярного кодирования и четырехпозиционной фазовой модуляции со сдвигом (OQPSK).

Результаты. Построена модель низкоскоростной системы спутниковой связи с полярным кодированием. Определена энергетическая эффективность полярного кодирования относительно сверточного кодирования (около 1,7 дБ). Получены формулы для расчета энергетических потерь и длительности кадра, применимые для различных пакетных структур. Разработан метод оценки и получены результаты времени синхронизации для определенной структуры кадра. Рассмотрены особенности реализации схемы тактовой и фазовой синхронизации в системе с модуляцией OQPSK по сравнению с модуляцией QPSK. Предложена схема тактовой синхронизации Гарднера совместно с фазовой автоподстройкой частоты.

Практическая значимость. Использование сигнально-кодовой конструкции с более высокой энергетической эффективностью позволяет снизить энергопотребление модемного оборудования, что способствует более длительному периоду автономной работы портативной станции связи.

Поступила: 25.11.2025
Одобрена: 22.12.2025
Принята: 14.01.2026

Для цитирования

Архипов А.В., Фоминых А.А., Романов Д.А., Воробьев Н.А., Луферчик П.В., Комаров А.А., Поветкин И.С. Разработка сигнально-кодовой конструкции для энергоэффективных станций спутниковой связи // Успехи современной радиоэлектроники. 2026. T. 80. № 2. С. 117–127. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700784-202602-13

Список источников

Луферчик П.В., Штро П.В., Конев А.Н., Комаров А.А. Разработка энергетически эффективной системы связи в тропосферном радиоканале на базе OFDM-сигналов // Известия ЮФУ. Технические науки. ISSN 1999-9429. С. 251–256.
Луферчик П.В., Комаров А.А., Конев А.Н., Галеев Р.Г., Богатырев Е.В. Энергетически эффективный OFDM режим с возможностью адаптации к условиям распространения в каналах с многолучевостью // Радиотехника. 2022. Т. 86. № 8. С. 122−131. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202208-13.
Максимов И.Н., Мелентьев О.Г., Шевнина И.Е. Применение закодированных сверточным кодом преамбул для кадровой синхронизации // Вестник СибГУТИ. 2019. № 4. С. 83–104.
Фоминых А.М., Луферчик П.В., Комаров А.А., Архипов А.В., Воробьев Н.А., Смирнов Е.В. Сравнительный анализ различных видов модуляции в системах спутниковой связи с усилителями класса AB, функционирующими в режиме насыщения // Антенны. 2024. № 6. С. 45−50. DOI: https://doi.org/ 10.18127/j03209601-202406-04.
Berrou C., Glavieux A., Thitimajshima P. Near Shannon Limit Error-Correcting Coding and Decoding: Turbo-Codes // Proceedings of ICC '93, 1993. P. 1064–1070.
Hoydis J., ten Brink S., Debbah M. Design of Low-Density Parity-Check Codes for Modulation and Detection // IEEE Transactions on Communications. 2012. V. 60(1). P. 1–13.
Richardson T., Urbanke R. Modern Coding Theory. Cambridge University Press. 2008.
Forney G.D., Gallager R.G., Lang G.R., Longstaff F.M., Qureshi S.U. Efficient modulation for band-limited channels // IEEE Journal on Select. Areas Communs. 1984. V. SAS-2. № 5.
LoRa Alliance. LoRaWAN Specification v1.1. 2021. URL: https://lora-alliance.org
3GPP TS 38.212. NR; Multiplexing and channel coding // 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network. URL: https://www.3gpp.org/DynaReport/38212.htm
Arikan E. Channel Polarization: A Method for constructing Capacity-Achieving Codes for Symmetric Binary-Input Memoryless Channels // IEEE Transactions on Information Theory. July 2009. V. 55. № 7. P. 3051–3073.
Consultative Committee for Space Data Systems. TM Synchronization and Channel Coding. CCSDS 131.0-B-3. Blue Book. Issue 3, Washington, DC: CCSDS Secretariat, 2017.
ETSI. Digital Video Broadcasting (DVB-S) – Convolutional and Reed-Solomon channel coding, EN 300 421, V1.1.2, 2004.
ETSI. Second-generation DVB-S2 Digital Satellite Broadcasting System. EN 302 307 V1.2.1, 2009.
Луферчик П.В., Архипов А.В., Комаров А.А., Фоминых А.М. Исследование методов повышения энергетической эффективности портативных станций спутниковой связи // Системы связи и радионавигации: сб. тезисов / Науч. ред. Б.А. Беляев. 2023. C. 5–8.

[1] Луферчик П.В., Штро П.В., Конев А.Н., Комаров А.А. Разработка энергетически эффективной системы связи в тропосферном радиоканале на базе OFDM-сигналов // Известия ЮФУ. Технические науки. ISSN 1999-9429. С. 251–256.

[2] Луферчик П.В., Комаров А.А., Конев А.Н., Галеев Р.Г., Богатырев Е.В. Энергетически эффективный OFDM режим с возможностью адаптации к условиям распространения в каналах с многолучевостью // Радиотехника. 2022. Т. 86. № 8. С. 122−131. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202208-13.

[3] Максимов И.Н., Мелентьев О.Г., Шевнина И.Е. Применение закодированных сверточным кодом преамбул для кадровой синхронизации // Вестник СибГУТИ. 2019. № 4. С. 83–104.

[4] Фоминых А.М., Луферчик П.В., Комаров А.А., Архипов А.В., Воробьев Н.А., Смирнов Е.В. Сравнительный анализ различных видов модуляции в системах спутниковой связи с усилителями класса AB, функционирующими в режиме насыщения // Антенны. 2024. № 6. С. 45−50. DOI: https://doi.org/ 10.18127/j03209601-202406-04.

[5] Berrou C., Glavieux A., Thitimajshima P. Near Shannon Limit Error-Correcting Coding and Decoding: Turbo-Codes // Proceedings of ICC '93, 1993. P. 1064–1070.

[6] Hoydis J., ten Brink S., Debbah M. Design of Low-Density Parity-Check Codes for Modulation and Detection // IEEE Transactions on Communications. 2012. V. 60(1). P. 1–13.

[7] Richardson T., Urbanke R. Modern Coding Theory. Cambridge University Press. 2008.

[8] Forney G.D., Gallager R.G., Lang G.R., Longstaff F.M., Qureshi S.U. Efficient modulation for band-limited channels // IEEE Journal on Select. Areas Communs. 1984. V. SAS-2. № 5.

[9] LoRa Alliance. LoRaWAN Specification v1.1. 2021. URL: https://lora-alliance.org

[10] 3GPP TS 38.212. NR; Multiplexing and channel coding // 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network. URL: https://www.3gpp.org/DynaReport/38212.htm

[11] Arikan E. Channel Polarization: A Method for constructing Capacity-Achieving Codes for Symmetric Binary-Input Memoryless Channels // IEEE Transactions on Information Theory. July 2009. V. 55. № 7. P. 3051–3073.

[12] Consultative Committee for Space Data Systems. TM Synchronization and Channel Coding. CCSDS 131.0-B-3. Blue Book. Issue 3, Washington, DC: CCSDS Secretariat, 2017.

[13] ETSI. Digital Video Broadcasting (DVB-S) – Convolutional and Reed-Solomon channel coding, EN 300 421, V1.1.2, 2004.

[14] ETSI. Second-generation DVB-S2 Digital Satellite Broadcasting System. EN 302 307 V1.2.1, 2009.

[15] Луферчик П.В., Архипов А.В., Комаров А.А., Фоминых А.М. Исследование методов повышения энергетической эффективности портативных станций спутниковой связи // Системы связи и радионавигации: сб. тезисов / Науч. ред. Б.А. Беляев. 2023. C. 5–8.

Аннотация

Для цитирования

Похожие статьи