Учебное пособие по дисциплине СиСПИ

2-ое поколение; цифровой; TDMA-FDMA; mt=8; mf=128;

диапазон частот БС – АС 935-960 МГц, АС – БС 890-915 МГц; полоса 200 кГц.

Сетевой уровень.

Централизованное или децентрализованное управление. При децентрализованном управлении каждый ЦКПС

имеет свою базу данных, включающую в себя ОРМ и ВРМ, а также блоки идентификации и аутентификации.

к КБС

Рис. 3.45

КБС – контроллер БС – выполняет часть функций ЦКПС других стандартов (кодирование, декодирование, криптография, прыганье по частоте).

180

Канальный уровень.

Предоставление каналов по требованию; система с временным разделением – много операций, связанных с синхронизацией.

Главная задача – обеспечение всех уровней синхронизации в системе. Поскольку система с TDMA требует синхронизации различного вида и эти сигналы синхронизации должны передаваться с различной периодичностью, то в GSM принята иерархическая структура размещения всех подобных сигналов в кадрах. Исходным является гиперкадр, длительность которого равна периоду генератора системы криптографической защиты. Далее - суперкадр, мультикадр и, собственно, кадр. Все кадры в составе гиперкадра пронумерованы, поэтому прочтя номер кадра можно определить, какой вид синхросигнала передается в данном кадре. Стандарт GSM различает физические каналы – частотно-временные окна, занимаемые передаваемыми пакетами, и логические каналы, определяющие информационное содержание пакета. Различают логические каналы: с собственно информацией, с синхронизацией по f, с сигналами тестирования, с синхронизацией на передачу и на прием, кроме того должны передаваться специальные «пустые» пакеты, позволяющие поддерживать синхронизацию в паузах речи.

Физический уровень.

Для защиты от замираний используется не только помехоустойчивое кодирование, но и прыганье по частоте. Для этого на каждый канал выделяется по 3 частоты, чередующихся от кадра к кадру. При этом закон чередования выбирается из условия сохранения защитного интервала 45 МГц по частоте между прямым и обратным направлением.

Характеристики цифровых сигналов в системе определяются из следующей структурной схемы:

181

Рис. 3.46

ПК – помеховый кодер; ПМ – перемежитель; Ш – шифратор; ФП – формирователь пакета; М – модулятор (GMSK – модуляция с минимальным сдвигом и гауссовским сглаживанием); ПП – преобразователь пакета.

3.5 Спутниковые системы связи

Собственно ССС состоит из двух базисных компонентов (сегментов): космического и наземного.

Космический компонент (сегмент) ССС включает ИСС, выведенные на определенные орбиты, в наземный сегмент входит центр управления системой связи (ЦУСС), земные станции (ЗС), размещенные в регионах (региональные станции – РС), и абонентские терминалы (АТ) различных модификаций.

Развертывание и поддержание ССС в работоспособном состоянии – сложная задача, которую решают не только средства самой системы связи, но и ракетно-космический комплекс. В состав этого комплекса входят космодромы со стартовыми площадками для запуска ракетоносителей, а также радиотехнические командно-измерительные комплексы (КИП), осуществляющие наблюдение за движением ИСС, контроль и коррекцию параметров их орбит.

ССС можно классифицировать по таким признакам, как: статус системы, тип орбит ИСС и принадлежность системы к определенной радиослужбе.

182

Статус системы зависит от ее назначения, обслуживаемой территории, размещения и принадлежности земных станций. В зависимости от статуса ССС можно разделить на международные (глобальные и региональные), национальные и ведомственные.

По типу используемых орбит различают системы с ИСС на геостационарной орбите (GEO) и на негеостационарной орбите: эллиптические (HEO), низкоорбитальные (LEO) и средневысотные (MEO). В соответствии с Регламентом радиосвязи

ССС могут принадлежать к одной из трех основных служб – фиксированная спутниковая служба (ФСС), подвижная спутниковая служба (ПСС) и радиовещательная спутниковая служба

(РСС).

3.5.1 Основные параметры спутниковых линий связи

Параметром, определяющим добротность (качество) наземной станции, служит отношение коэффициента усиления антенны наземной станции G к эквивалентной шумовой температуре T. Обычно уровень шума измеряется его мощностью. В космических системах связи источниками шума служат входные цепи приемника, атмосфера, Земля, космос. Когда сравниваются шумы различных источников, удобно пользоваться понятием эквивалентной шумовой температуры источника излучения, связанной с мощностью шумов через постоянную Больцмана и ширину полосы пропускания приемника, пересчитанной на вход приемника. Отношение G/T характеризует передающее и приемные свойства наземной станции. Станция тем лучше (с точки зрения передачи наибольшего количества информации), чем больше антенна, т.е. больше усиление G. Качество приемника станции определяется эквивалентной шумовой температурой T. Величина T будет меньше, если используется малошумящий приемник. С параметром G/T тесно связана величина пропускной способности линии спутниковой связи.

183

Другим наглядным показателем спутниковой линии связи является эффективно излучаемая мощность, спутника Pэ.и на входе приемника наземной станции. Для грубой оценки возможностей спутниковой системы но передаче информации двух перечисленных параметров G/T (дб/K°) и Pэ.и (дб·Вт) вполне достаточно. С увеличением Pэ.и возрастает стоимость спутника, а с увеличением G/T стоимость наземной станции. Обычно находят такое оптимальное сочетание этих параметров, чтобы суммарная стоимость линии была минимальной, так как эти параметры определяют стоимость передатчика и приемника наземной станции, а также стоимость передатчика спутника. Ориентировочно можно выбрать такое соотношение между параметрами:

при Pэ.и = 32 дБ·Вт необходимо иметь параметр качества G/T = 22,5 дБ/К°.

В настоящее время имеется широкий ассортимент наземных станций, удовлетворяющих различным требованиям к системам связи. Основными параметрами, по которым различают станции, являются диаметр антенны, мощность передатчика и качество приемника. Наибольший диаметр антенны равен примерно 30 м, наименьший 0,5 м. Существуют и переносные наземные станции с диаметром антенны около 1 м. Антенна у станции такого типа может складываться.

Нижняя граница диапазона рабочих частот ограничивается отражающими и поглощающими свойствами ионосферы и уровнем космических помех, при обычных значениях электронной плотности поглощение радиоволн в ионосфере уменьшается с увеличением частоты и при f>100 МГц меньше или равно 0,05 дБ (малы). Космические помехи значительны при f<100 МГц и малы при f>1 ГГц. Верхняя граница частот определяется поглощением в тропосфере (кислород и пары воды) и поглощением в дожде и тумане, которые резко возрастают при f>10 ГГц. Таким образом, наименьшие помехи в диапазоне частот от 1 ГГц (30

184

см) до 10 ГГц ( =3 см). Используемые диапазоны 4/6 ГГц, 11/14

ГГц, 20/30 ГГц.

Вопросами распределения полос частот между различными службами радиосвязи занимается Международный союз электросвязи (МСЭ). На административных конференциях на базе исследований, проводимых в странах - членах МСЭ и представляемых международному консультативному комитету по радио (МККР), международный союз электросвязи разрабатывает соответствующие процедуры и правила. Основным международным документом, регламентирующим использование частот, является Регламент радиосвязи. Регламент содержит:

таблицу распределения полос частот между службами;

отдельные технические ограничения, накладываемые при совместном использовании частот различными службами;

процедуры координации систем;

правила регистрации частотных присвоений в Международном комитете регистрации частот (МКРЧ).

Таблица распределения частот содержит записи полос частот для использования определенными радиослужбами в диапазоне частот 9 кГц - 275 ГГц. Таблица состоит из трех столбцов. Каждый столбец соответствует одному из трех районов, на которые разделен земной шар в отношении распределения полос частот (1 - Европа, Африка, территория бывшего СНГ, Монголия; 2 - Северная и Южная Америка; 3 - Азия, Австралия, Океания.) для различных служб (фиксированной спутниковой, межспутниковой, подвижной спутниковой, радионавигационной спутниковой, радиовещательной спутниковой служб и др.).

Существуют также правила использования полос частот, которые зафиксированы в ряде статей Регламента радиосвязи. Согласно Регламенту радиосвязи любое частотное присвоение подлежит регистрации в МКРЧ.

Процедура международной координации включает предварительную публикацию, определение необходимости координа-

185

ции с другими системами, координацию и заявление на регистрацию. Администрация, которая хочет создать спутниковую систему, посылает в МКРЧ технические параметры системы (параметры орбит ИСЗ, зоны обслуживания, диапазон частот, максимальный уровень спектральной мощности, подводимой к антеннам и др.). Эта информация публикуется в еженедельных циркулярах МКРЧ. Если какая-либо Администрация сочтет, что ее службам могут быть созданы недопустимые помехи, она должна послать замечания заявляющей Администрации.

В процессе координации Администрациями могут быть рассмотрены изменения позиций ИСЗ, согласование параметров ередаваемых сигналов, параметров антенн, мощностей передатчиков и др. На практике координация основывается на материалах МККР по нормам на уровень помех и методике расчета. После успешного завершения координации частотные присвоения регистрируются в справочном регистре МККР.

3.5.2. Принципы функционирования и обобщённая структурная схема систем спутниковой связи

Общая схема функционирования ССС представлена на рис.

3.47

Спутник - устройство связи, которое принимает сигналы от земной станции (ЗС), усиливает и транслирует в широковещательном режиме одновременно на все ЗС, находящиеся в зоне видимости спутника. Спутник не инициирует и не терминирует никакой пользовательской информации за исключением сигналов контроля и коррекции возникающих технических проблем и сигналов его позиционирования. Спутниковая передача начинается в некоторой ЗС, проходит через спутник, и заканчивается в одной или большем количестве ЗС.

186

мультиплексирования, обеспечивающие эффективный доступ к каналам спутника.

Современные спутники связи, используемые в коммерческих ССС, занимают геосинхронные орбиты, в которых период орбиты равен периоду отметки на поверхности Земли. Это становится возможным при размещении спутника над заданным местом Земли на расстоянии 35800 км в плоскости экватора.

Большая высота, требуемая для поддержания геосинхронной орбиты спутника, объясняет нечувствительность спутниковых сетей к расстоянию. Длина пути от заданной точки на Земле через спутник на такой орбите до другой точки Земли в четыре раза больше расстояния по поверхности Земли между двумя ее максимально удаленными точками. В настоящее время наиболее плотно занятая орбитальная дуга равна 76о. Спутники этого сектора обеспечивают связь стран Северной, Центральной и Южной Америки.

Главными компонентами спутника являются:

его конструкционные элементы;

системы управления положением;

системы питания;

системы телеметрии трекинга команд;

приемопередатчики;

антенна.

188