SiRLS

Рис.1.9. Концентрация узкого индивидуального луча при МДВР Высокие характеристики спутниковой системы связи по энергетике с

адаптацией к условиям распространения радиосигналов может обеспечить комбинированный метод многостанционного доступа МДЧР-МДВР, при котором в каждом стволе организуется одновременная работа, например, восьми-шестнадцати несущих частот (МДЧР) и на каждой несущей частоте организуется режим МДВР со сверхузкими прыгающими лучами.

51. Многостанционный доступ в ССС с ЧРК

При МДЧР полоса ствола разбивается на отдельные полосы или частотные каналы (рис. 1.6). За каждой работающей земной станцией закрепляется постоянно или на время сеанса связи своя необходимая ей полоса частот и ЭИИМ (см. пункт 3.1) ретранслятора в этой полосе частот.

Для ретранслятора с прямой ретрансляцией сигналов ЭИИМ сигнала в некоторой полосе частот (или спектральная плотность мощности сигнала S0i) может регулироваться величиной ЭИИМ земной корреспондирующей станции. Увеличивая (уменьшая) ЭИИМ земной станции в некотором частотном канале системы, мы автоматически увеличиваем (уменьшаем) ЭИИМ ретранслятора для этого частотного канала.

Рис.1.6. Частотные каналы в стволе при МДЧР и спектральная плотность мощности S0(f) излучаемых ретранслятором сигналов.

Возможность регулировки ЭИИМ ретранслятора при МДЧР для каждого частотного канала позволяет оптимизировать энергетику ствола и систему

связи. Эта регулировка ЭИИМ ретранслятора для отдельных станций может использоваться:

•для увеличения ЭИИМ ретранслятора для станций, находящихся на краю зоны обслуживания КА, для компенсации уменьшения коэффициента усиления бортовой передающей антенны ретранслятора на краю зоны обслуживания и ослабления сигнала за счет увеличения дальности связи;

•для увеличения ЭИИМ ретранслятора для отдельных станций, испытывающих дополнительное ослабление сигнала в дожде;

•при использовании в системе земных станций с разными диаметрами антенн, которые требуют разной ЭИИМ ретранслятора.

Указанные выше адаптивные возможности метода МДЧР сделали его самым распространенным методом многостанционного доступа в системах спутниковой связи.

Отметим, что частотные каналы для ЗС при МДЧР организуются путем установки соответствующих фильтров в модемы земных станций.

Метод МДЧР имеет недостаток, связанный с необходимостью обеспечения квазилинейного режима работы усилителя мощности ретранслятора. Дело в том, что для усилителей мощности на лампах бегущей волны и транзисторах потребляемая мощность от первичного источника питания слабо зависит от мощности раскачки усилителя. Поэтому желательно, чтобы усилитель мощности работал в режиме, близком крежиму насыщения. В этом случае КПД усилителя мощности будет максимальным.

При МДЧР входной сигнал усилителя мощности ретранслятора состоит из большого числа несущих, которые в сумме образуют случайный сигнал с гауссовским распределением вероятностей мгновенных значений напряжения.

Рис.1.7. Перекрестная помеха на выходе усилителя мощности ретранслятора: а - линейно-ломаная амплитудная характеристика усилителя; б - сигнал и перекрестная помеха e(t) на выходе усилителя.

На рис. 1.7 показан процесс ограничения суммарного сигнала в усилителе мощности для линейно-ломаной амплитудной характеристики усилителя. Сигнал на выходе усилителя можно рассматривать как сумму неискаженного сигнала (показан пунктиром как продолжение выходного сигнала) и сигнала ошибки e(t). Этот сигнал ошибки e(t), называемый перекрестной помехой, состоит из коротких импульсов со случайной амплитудой, длительностью и

временем появления, имеет широкий спектр и попадает во все частотные каналы ствола ретранслятора. Происходит подавление слабого сигнала сильным.

52. Многостанционный доступ в ССС с кодовым разделением каналов

Допустим, что в зоне обслуживания КА радиосигналы от каждой ЗС в стволе ретранслятора занимают всю полосу частот ствола и отличаются только формой псевдошумового сигнала. В приемнике ЗС сигнал нужной станции выделяется с помощью коррелятора, опорный сигнал которого имеет форму, присвоенную сигналам принимаемого абонента.

Всистеме с МДКР используются асинхронные сигналы, при которых временные сдвиги между сигналами от разных земных станций являются неуправляемыми и могут быть любыми. При приеме сигнала от одной земной станции сигналы от других земных станций являются помехой, которая называется внутрисистемной помехой.

Вспутниковой системе связи с одним лучом антенны ретранслятора, охватывающим всю зону обслуживания, асинхронный МДКР проигрывает МДЧР и МДВР как по энергетике радиолиний (за счет возникновения внутрисистемных помех), так и по пропускной способности (по числу каналов

втой же полосе частот).

Достоинством системы с МДКР является возможность создания системы связи с большим числом закрепленных каналов связи, когда каждой земной станции присваивается своя форма псевдошумового сигнала.Это позволяет любой земной станции спутниковой связи выйти в эфир без сложной процедуры предоставления канала связи по требованию, что важно при организации пакетных каналов связи и при пульсирующем трафике с передачей коротких пакетов данных.

Характеристики системы связи с МДКР существенно улучшаются при организации в стволе ретранслятора радиально-узловой сети связи (конфигурация сети типа "звезда"), когда земные терминалы связываются только с узловой (базовой) станцией. В этом случае при передаче информации от базовой станции может использоваться синхронный режим МДКР. В обратном направлении от терминалов в сторону базовой станции должна использоваться асинхронная передача сигналов с МДКР.

Таким образом, МДКР является единственным многостанционным доступом, который позволяет создавать разнообразные эффективные спутниковые пакетные сети связи.

53. Нелинейные эффекты при многостанционном доступе с частотным разделением (МДЧР).

При МДЧР возникают следующие эффекты:

- потери выходной мощности ретранслятора в многосигнальном режиме;

-подавление слабых сигналов сильными,

-интермодуляционные (перекрестные) помехи из-за нелинейности амплитудной характеристики ретранслятора;

-интермодуляционные помехи АМ-ФМ перехода, т.е. помехи из-за преобразования амплитудной модуляции сигналов в фазовую.

Эффект снижения (потери) выходной мощности ретранслятора наиболее полно проявляется при работе в области насыщения. Применительно к характеристике ретранслятора представленной в виде характеристики жесткого ограничителя с ненулевым порогом показано, что при усилении одного гармонического сигнала выходная мощность, нормированная относительно мощности насыщения Pq определяется из выражения:

, (2.6)

где Р = P1 вх/Pq

и при большой мощности входного сигнала, соответствующей заходу в область насыщения (P1 вх>> Pq ) имеем,

При одновременном усилении двух гармонических сигналов их суммарная выходная мощность равна 0,65Р0, а при усилении большого числа сигналов т.е. для шумовой модели:

, при Р → ∞

Отсюда следует, что потери выходной мощности в многосигнальном режиме относительно односигнального составляют 1...1.5 дБ.

Физически это можно объяснить расходом мощности на образование гармонических составляющих и перекрестные продукты.

Коэффициент подавления принято определять в виде отношения средних мощностей сигналов на входе и выходе нелинейного тракта:

(2.7)

Значения коэффициента подавления:

для четырехсигнальной модели Кп = – 2,5 дБ, для шумовой модели Кп = –1 дБ.

При анализе многостанционных систем с частотным разделением наиболее важным и определяющим является эффект образования

комбинационных помех из-за нелинейности передаточной характеристики тракта.

Практически используют два основных метода анализа:

1.гармонический, основанный на представлении передаточной характеристики нелинейного элемента в виде полинома нечетной степени от входного сигнала и вычислении комбинационных продуктов в виде суммы компонентов разложения степенного ряда.

2.Корреляционный, предусматривающий представление передаточной характеристики в виде интеграла вероятности с последующим вычислением корреляционной функции и энергетического спектра выходного сигнала.

Наиболее прост и физически очевиден первый метод; он удобен для малого числа входных сигналов, так как при их увеличении значительно усложняются тригонометрические выкладки, а второй метод является универсальным, т. к. корреляционная функция вычисляется для любого числа сигналов. Однако наиболее простое решение получается при шумовой модели входного сигнала.

Эффект АМ-ФМ преобразования обусловлен тем, что в тракте ретранслятора имеются элементы (в особенности выходная ЛБВ), у которых вносимый ими фазовый сдвиг зависит от уровня сигнала, т.е. чем больше входной сигнал, тем больше фазовый сдвиг между входным и выходным сигналом. Соответственно эти элементы являются преобразователями амплитудной модуляции сигнала в фазовую и при многостанционном доступе порождают переходные помехи двух типов: внятные и невнятные.

Помехи 1-го типа обусловлены тем, что сигнал (модулированный, например, по частоте), проходя через тракт с неравномерной частотной характеристикой (например, передатчик ЗС), приобретает паразитную AM в соответствии с законом частотной модуляции, происходит переход ЧМ в AM. После прохождения через элемент с АМ-ФМ преобразованием эта паразитная AM преобразуется в паразитную ФМ каждого из усиливаемых сигналов, и после демодуляции дает внятную помеху в НЧ канале каждого из сигналов.

Помехи 2-го типа АМ-ФМ перехода обусловлены тем, что при МД огибающая суммарного сигнала не постоянна, а изменяется с частотой биений между ее составляющими; соответственно после прохождения элемента с АМФМ преобразованием в фазе каждого из сигналов будут содержаться продукты этих биений.

Следует учесть, что коэффициент преобразования АМ-ФМ зависит от выходной мощности, поэтому, изменив рабочую точку на характеристике ретраслятора, можно изменить уровень помех этого происхождения.

Для оценки эффективности метода МД (2.1) необходимо рассчитать основные параметры системы, состоящей из n земных станций общей емкостью N основных цифровых потоков (ОЦП) по 64 кбит/с и исследовать зависимость

N = f(n).

При этом предполагается, что N1 (емкость каждой станции) одинакова, передача осуществляется методом двухили четырехфазовой манипуляции, отношение Рс/Рш в полосе 64 кГц составляет 9 дБ на линии «вниз» и 8 дБ —- на спутниковом участке в целом (с учетом линии «вверх»).

Первый этап – определение скорости цифрового потока, который может быть передан на одной несущей с заданным отношением сигнал-шум на входе демодулятора ЗС.

Второй этап – определение количества ОЦП Ν = N1×n, которые могут быть переданы через рассматриваемый ВЧ тракт при двух, трех и более несущих. Результаты такого исследования (рис 2.3).

Рисунок 2.3 Зависимость пропускной способности ретранслятора при частотном разделении от числа сигналов

Если на каждой из несущих передается одно телефонное сообщение, то эффективным является применение статистического подавления несущих в паузах модуляции. При этом при реальном коэффициенте активности телефонного канала ра = 0,3, средняя нагрузка ствола ретранслятора при подавлении несущих уменьшается на 5 дБ, это позволяет увеличить число передаваемых несущих в 3 раза (предельная оценка).

МДЧР занимает важное место (по объему организуемых тлф. каналов) в мировых ССС. Причина: простота аппаратурных решений при ЧРК и их преемственность по отношению к традиционной технике РРЛ. При этом в ССС

осуществляется передача с ЧРК как групповых сигналов (по 600, 60. 24 и 12 каналов), так и одноканальных тлф. сообщений, передаваемых на отдельных несущих. Последний метод ОКН (один канал на несущую) обеспечивает максимально возможную гибкость и оперативность в перераспределении трафика между ЗС. Пример реализации принципа ОКН – аппаратура типа VSAT, используемая в различных региональных сетях и выделенных системах связи.

54. Преобразование сигналов телефонии в цифровую форму.

МСП(многоканальная система передачи) – представляет собой комплекс технических средств, обеспечивающий одновременную и независимую передачу нескольких сигналов с требуемым качеством по одной линии передачи.

Современные МСП состоят из 3 основных частей:

1. КОА – каналообразующая аппаратура (передачи и приема), которая из N индивидуальных сигналов формирует групповой сигнал и осуществляет обратное преобразование

Кодирование отражает процесс передачи чисел, характеризующих номер разрешенного уровня. По сути при кодировании происходит замена физических отсчетов на их цифровые эквиваленты. Цифровые отсчеты передаются в виде определенных комбинаций элементарных импульсов, например 1 и 0, которые обладают высокой защищенностью от помех в канале передачи и допускают нелинейную обработку. Это упрощает процедуру точного восстановления элементарных сигналов и позволяет осуществлять операцию декодирования непосредственно у абонента.

Временное уплотнение (разделение) каналов (ВРК) поясняется на рисунке в. Здесь дискретный отсчет абонента i-го канала, преобразованный в цифровую форму, т.е. в определенную кодовую последовательность элементарных импульсов, которая характеризует, например, разрешенный уровень этого отсчета (при ИКМ), передается в интервале времени t1. В интервале времени t2 передается кодовая комбинация, характеризующая отсчет 2-го абонента и т.д. через время Тд цикл передачи отсчетов абонента повторяется.

Различают два типа каналов: аналоговые и цифровые. По первым можно передавать как аналоговые, так и цифровые сигналы. Цифровые каналы обеспечивают передачу только цифровых сигналов. Цифровые каналы характеризуются в первую очередь номинальной скоростью передачи цифрового сигнала.

Единицей канальной емкости в МСП выступает канал, соответствующий стандартному телефонному каналу (аналоговый канал, полоса частот 300 Гц –

3,4 кГц).

Широко применяющийся цифровой канал (его часто называют основным) имеет пропускную способность 64 кбит/с. На его базе строят цифровые групповые тракты:

Первичный - 30 каналов (2,048 Мбит/с); Вторичный - 120 каналов (8,448 Мбит/с); Третичный - 480 каналов (34,468 Мбит/с). Четвертичный - 1920 каналов (139,264 Мбит/с).

Основной цифровой канал (64 кбит/с) введен давно для телефонной связи. Именно такое количество бит в секунду требуется для высококачественной передачи речи при помощи ИКМ. Рассчитывается эта пропускная способность очень просто. При ширине полосы голосового сигнала 4 кГц требуется (согласно теореме Котельникова) не менее 8000 отсчетов уровня аналогового сигнала при его квантовании. Каждый такой отсчет, как выяснилось, удобнее всего передавать одним байтом. Вот и получается темп передачи голоса 64 кбит/с.

55. РРЛ Е диапазона. Особенности.

Е-диапазон состоит из трех частотных полос - 71-76, 81-86 и 92-95 ГГц.

При распределении частот Е-диапазона, включающего два канала по 5 ГГц, не происходит деления на полосы, как в случае более низкочастотных СВЧ-диапазонов. Благодаря широкой полосе Е-диапазон достаточен для передачи данных со скоростью 1 Гбит/с посредством простейших схем модуляции, например, двухпозиционной фазовой манипуляции (BPSK). При более сложных схемах модуляции скорость передачи в полнодуплексном режиме может достигать 10 Гбит/с. Поскольку простые схемы модуляции не требуют высокой линейности усилительных трактов в трансиверах, то усилители мощности передатчика могут работать в режиме максимальной выходной мощности. А большая выходная мощность наряду с высоким коэффициентом усиления антенны обеспечивает высокую излучаемую мощность, что позволяет компенсировать возможные потери передачи и делает системы Е-диапазона сравнимыми по характеристикам с СВЧсистемами связи "точка-точка". Не менее важное достоинство Е-диапазона заключается в возможности существенного снижения габаритов антенных систем, обеспечивающих, тем не менее, формирование узкой диаграммы направленности. Помимо удешевления за счет меньших размеров более миниатюрные антенны испытывают гораздо меньшую ветровую нагрузку, что весьма ощутимо сказывается на стоимости системы связи.

На дальность связи в миллиметровом диапазоне значительное влияние оказывают затухание на молекулах воды, кислорода, а также погодные факторы.

В СВЧ-диапазонах до 38 ГГц атмосферное затухание не превышает 0,3 дБ/км. За подъемом в районе 23 ГГц следует сильное затухание на 60 ГГц, обусловленное поглощением радиоволн молекулами кислорода, На частоте 60 ГГц ослабление достигает 14 дБ/км, что существенно ограничивает дальность передачи радиоволн. На частотах выше 100 ГГц начинают сказываться другие эффекты молекулярного поглощения (в том числе на молекулах воды). Слабая зависимость от тумана и облачности.

Окно относительной прозрачности лежит в диапазоне 70-100 ГГц.

Здесь атмосферное затухание составляет около 1,5 дБ/км, что близко к затуханию в традиционных СВЧ-диапазонах. В результате становится возможным передавать радиосигналы на значительные расстояния 5-10 км.

В случае сильного дождя (интенсивность 25 мм/ч) затухание сигнала в Е- диапазоне достигает 10 дБ/км

Быстрое затухание радиоволн делает обязательным применение антенн с узкой диаграммой направленности, что устраняет проблему интерференции различных источников сигнала и упрощает задачу частотного планирования (как технически, так и административно). Использование диапазона не требует лицензирования.

56. Основы расчета цифровых РРС прямой видимости.

Радиолокационная система прямой видимости (РРС ПВ) применяется для обнаружения, отслеживания и идентификации объектов вблизи радиолокационной станции. Основным параметром для расчета РРС ПВ является расстояние до объекта.

Расчет цифровой РРС ПВ включает следующие этапы:

1.Определение требований к РРС ПВ: необходимо определить требования к радиолокационной системе, такие как дальность обнаружения, разрешение цели, скорость и другие параметры, в зависимости от задачи.

2.Определение типа антенны: выбор антенны зависит от требований к дальности обнаружения, разрешению цели и другим факторам. Например, для высокой дальности обнаружения может применяться антенна с направленной диаграммой, а для высокого разрешения – антенна с узкой диаграммой направленности.

3.Расчет дальности обнаружения: для расчета дальности обнаружения используются формулы, основанные на электромагнитных свойствах объекта

ирадиолокационных параметрах системы. Дальность обнаружения может быть рассчитана с учетом затухания сигнала, шумов и других искажающих факторов.

4.Расчет разрешения цели: разрешение цели определяется угловым разрешением и разрешением по дальности. Угловое разрешение зависит от ширины диаграммы направленности антенны, а разрешение по дальности – от продолжительности импульса радиосигнала.

5.Определение чувствительности системы: чувствительность системы определяется уровнем шумовых помех. Для определения чувствительности можно использовать формулы, основанные на определении отношения сигнал-шум и других параметров радиолокационной системы.

6.Определение характеристик трассировщика: характеристики трассировщика (например, спектральные и временные характеристики), которые используются в РРС ПВ, могут быть определены с помощью анализа отраженного сигнала от объекта.