3.Величина енергетичного запасу

Це питання виникає доволі часто.Для супутникового зв”язку в смузі

Частот С (,,З-с”-6 ГГц ,,,С-з”-4 ГГц) запас потужності складає 1 дБ. В системах INTELSAT енергетичний резерв складає 4-5 дБ.Інколи в бюджеті каналу зв”язку як окрема позиція фігурує затухання внаслідок погодних умов.В інших випадках необхідне значення енергетичного запасу виражає вимоги каналу при даному погіршенні параметрів внаслідок дощу.

Проекти з використанням високих частот(14-12 ГГц) вимагають значних погодних запасів.Втрати в атмосфері збільшуються з частотою.

Аналіз каналу зв”язку для супутника безпосередньої трансляції виглядає

наступним чином (SATELITE TELEVISION CORPORATION):

Лінія зв”язку ,,Земля-супутник”

1. Р_е наземної станції -86,6 дБВт

2. Втрати в вільному просторі (17,6 ГГц,кут-48⁰) -208,9 дБВт

3. Поглинання внаслідок дощу -12,0 дБВт

4.Добротність приймача супутника -7,7 дБ/К

5. Відношення Р несучої до шуму лз ,,З-с” -102,0 дБ/К

Лінія зв”язку ,,Супутник-земля”

1. Р_е супутника -57 дБВт

2.Втрати в вільному просторі (12,5 ГГц,кут-30⁰) -206,1 дБ

3.Втрати в атмосфері -0,14 дБ

4.Добротність домашнього приймача (параб.ант.0,75м) -9,4 дБ/К

5.Втрати наведення приймача (помилка 0,5⁰) -0,6 дБ

6.Резерв відносно порогу -5,9 дБ.

Пояснення одиниці дБВт виглядає наступним чином:

Р дБВт=10 lg( Р Вт/1 Вт) (Р=1000 Вт=30 дБВт).

Лекція №13 Ущільнення і множинний доступ

Ресурс зв’язку являє собою час і ширину смуги,доступні для передачі сигналу в певній системі.

Для створення ефективної системи зв’язку необхідно спланувати розподіл ресурсу між користувачами системи,щоб час/частота використовувалися максимально ефективно.

З проблемою сумісного використання ресурсу зв’язку зв’язані терміни “ущільнення” , “множинний доступ”, “мультиплексування”.

Застосування множинного доступу потребує віддаленого сумісного використання ресурсу ,як у випадку супутникового зв’язку. При динамічному використанні множинного доступу контролер системи повинен враховувати потреби кожного користувача.

Час,який необхідний для передачі керуючої інформації встановлює верхню межу ефективного використання ресурсу зв’язку.

1.Розподіл ресурсу зв’язку.

Існує три основних способи збільшення пропускної здатності (загальної швидкості передачі даних) ресурсу зв’язку.

Перший полягає в збільшенні ефективної ізотропно – випромінюваної потужності (Pef) передавача,або зменшенні втрат в системі. Це приведе до збільшення співвідношення Е_b/N₀.

Другий спосіб – збільшення смуги каналу.

Третій спосіб – підвищення ефективності розподілу ресурсу зв’язку.

Одна з можливих реалізацій цього способу – множинний доступ,або мультиплексування.

Прикладом може бути:супутниковий траспондер,який повинен ефективно розподілити обмежений ресурс зв’язку між великою кількістю користувачів,які обмінюються цифровою інформацією.

Основні способи розподілу ресурсу зв’язку є слідуючі:

1.Частотний розподіл (frequency division – FD).При цьому розподіляються піддіапазони певної смуги частот.

2.Часове розділення (time division – TD).Користувачам виділяються певні періодичні часові інтервали.

3.Кодове розділення (code division – CD).При цьому виділяються певні елементи набору ортогонально розподілених спектральних кодів, кожний з яких використовує весь діапазон частот.

4.Просторове розділення (space division – SD),або багатопроменеве багатократне використання частоти.

За допомогою точкових променевих антен радіосигнали розділяються і направляються в різні сторони. Даний метод допускає багатократне використання одного частотного діапазону.

5.Поляризаційне розділення (polarization division – PD),або подвійне поляризаційне багатократне використання частоти. Для розділення сигналів використовується ортогональна поляризація,що дозволяє використовувати один частотний діапазон.

Уникнути взаємних завад між різними користувачами в різних каналах ортогональних сигналів.

Якщо виконується така умова:

x(t)*x(t)*dt=К при і=j; 0 при іj.

К – константа відмінна від 0.

І – 1,2,3…………

Ці сигнали ортогональні в часовій області.

Якщо:

x(f)*x(f)*df=К при і=j; 0 при іj.

То сигнали ортогональні в частотній області. Якщо виконується перша умова то для каналів називають: ущільнення з часовим розділенням. Якщо виконується друга умова – то: ущільнення з частотним розділенням.

2.Ущільнення з частотним розділенням (множинний доступ, мультиплексування).

На зорі розвитку телефонного зв’язку для кожної магістральної телефонної лінії, щоб з’єднували міжгородні телефонні центри, було необхідно встановлювати два проводи.

Важливе відкриття в області телефонного зв’язку на початку XX століття це ущільнення з частотним розділенням (frequency division multiplexing – FDM). Воно дозволило передавати декілька телефонних сигналів по одному проводу. Або FDMA (frequency division multiple access) – множинний доступ з частотним розділенням.

Графічно:

Спектральний розподіл по каналах являється прикладом технології FDM. Ресурс зв’язку може одночасно мати декілька сигналів рознесених в спектрі.

Захисні смуги виконують роль буферу. Це дозволяє знизити інтерференцію між суміжними по частоті каналами.

Як перенести телефонний сигнал! Промодулювати!

Графічно:

Вихідний двосмуговий спектр

LSB (lower sideband) – нижня бокова смуга;

USB (upper sideband) – верхня бокова смуга.

Інформація знаходиться в двох діапазонах частот. Для відновлення вихідних даних немодульованого сигналу необхідна лише одна бокова смуга.

Приклад технології FDM можна зобразити ел. чином.

В наведеному прикладі зберігаються лише нижні бокові смуги. Сумарний вихідний сигнал є сумою трьох сигналів.

Два найнижчі рівні ієрархії в технології FDM можна зобразити ел. чином:

Ущільнені канали тепер можуть розглядатися як складений сигнал, який може передаватися по кабелю, або модулювати несучу з ціллю наступної передачі по радіоканалу.

Таке ущільнення ще називають мультиплексуванням, а пристрої мультиплексорами.

Ця технологія є найстаршою і найбільш поширеною. В США компанія AT and T визначила ієрархію схем частотного ущільнення для систем передачі з різними пропускними здатностями. Подібна була прийнята в Європі при підтримці союзу ITU – T

Число каналів мовного діапазону.	Ширина смуги.	Спектр	AT and T
12	48 кГц	60 – 108 кГц	Група
60	240 кГц	312 – 522 кГц	Супергрупа
300	1232 Мгц	812 – 2044 кГц	Супергрупа
(10 – 60) 600	2,52 Мгц	564 – 3084 кГц	Мастер – група
900	3,872 Мгц	8516 – 12388 кГц	Мастер – група
N*600 3600	16,984 Мгц	0,564 – 17,548 Мгц	Складна мастер – група Джамбо – група
10800	57,442 Мгц	3,124 – 60,566 Мгц	Складна джамбо – група

3.Технологія FDM в супутникових системах.

Більшість супутників зв’язку розміщені на геостаціонарній орбіті. Це означає що супутник знаходиться на круговій орбіті, що лежить в площині земного екватора. Н мод рівнем моря 35830 км. Період обертання рівний періоду обертання Землі. При спостережені з землі такі об’єкти здаються нерухомими. Три супутники, розміщені на 120 градусів один від одного охоплюють всю територію земної кулі, за виключенням полярних областей. Найбільш широко застосування набула смуга частот С (6 ГГц / 4 ГГц). Згідно міжнародних угод для передачі в смузі С дозволено використовувати новий супутник, який працює в спектральному діапазоні 500 Мгц. В більшості випадків такий супутник має 12 транспондерів по 36 Мгц кожний.

Основні складові режиму зв’язку:

1. FDM (одиночна бокова смуга 4 кГц). Утворюється складений багатоканальний сигнал.

2. FM. Складений сигнал модулює несучу.

3. FDMA. Піддіапазони транспондера 36 Мгц розподіляються між користувачами.

Перевага технології – проста. Ці канали не потребують синхронізації і централізованого розподілу часу. Кожний з каналів незалежний від решти.

Лекція №14

Ущільнення/множинний доступ з часовим розділенням.

Технологія мультиплексування TDM/TDMA

TDM -time-division multiplexing-

TDMA -time-division multiple access-

При цьому ресурс зв”язку розподіляється шляхом надання кожному з

М користувачів всього спектру протягом невеликого проміжку часу.Цей час

називається часовим інтервалом.Проміжки часу,що розділяють інтервали

називаються захисними інтервалами.Захисний інтервал створює буфер і тим

самим знижує інтерференцію.

Графічно це можна зобразити наступним чином:

Розглянемо приклад використання технології TDMA в супутниковому зв”зку.

Час розбитий на інтервали,які називаються кадрами (frame).Кожний

кадр ділиться на часові інтервали,які можуть бути розподілені між користувачами.Загальна структура кадрів періодичо повторюється.Кожна

наземна станція транслює інформацію в виді пакетів.Вони поступають на

супутник у відповідності з встановленим розкладом.Після прийняття транспондером такі пакети ретранслюються на Землю.Приймаюча станція

детектує і розущільнює дані відповідного пакету.Після чого інформація пос-

тупає до відповідних користувачів.

1.Технологія TDM/TDMA з фіксованим розподілом часових інтервалів

При використанні такої технології М часових інтервалів,які складають

кадр заздалегідь розподілені між джерелами сигналу.Графічно це виглядає

наступним чином:

Операція ущільнення полягає в наданні кожному джерелу можливості

використання одного,або більше інтервалів.

Розущільнення-це розпізнання інтервалів з наступним розподілом між

користувачами.Два комутуючі ключі повинні бути синхронізовані таким чином,щоб повідомлення яке відповідає джерелу 1 попадало на вихід каналу

1.Само по собі повідомлення складається з початкової комбінації бітів (преам

були) і інформаційної частини.Початкова комбінація складається з елементів,

які відповідають за синхронізацію,адресацію і захист від помилок.

Технологія TDM/TDMA з фіксованим розподілом являється надзвичайно ефективною,коли потік даних є значним,тобто часові інтервали завжди заповнені.

Розглянемо наступний приклад:

Не використані часові інтервали.

Якщо використати комутацію пакетів тоді

Тут кадр складають три інтервали,кожний з яких закріплений за корис-

тувачами А,В,С,Д.Протягом першого інтервалу передачі кадру користувач С

не відправляє даних.Користувач В не відправляє даних протягом другого

інтервалу,а А –протягом третього.

У випадку використання TDMA зфіксованим розподілом всі інтервали

кадру розподілені заздалегідь.Якщо власник інтервалу не передає даних протягом вказаного проміжку,то даний інтервал не використовується.

Якщо вимоги користувачів непередбачувані,то повинні використовува-

тися більш ефективні методи динамічного розподілу інтервалів.Таких методів існує декілька- застосування систем з комутацією пакетів,вико-ристання статистичнах мультиплексорів і концентраторів.Дані системи дозволяють досягнути результату де пропускна здатність системи залишаєть-

ся постійною завдяки використанню всіх доступних інтервалів.

2.Множинний доступ з кодовим розділенням

Якщо сумістити два попередні методи то ми отримаємо множинний

доступ з кодовим розділенням (CDMA).

Тут в кожному часовому інтервалі проходить перерозподіл частотних

діапазонів.Під час другого інтервалу сигнал 1 перескакує в діапазон 3,сигнал

2 в діапазон 1,сигнал 3 в діапазон 2.Кожному користувачу присвоюється псевдошумовий код,який вказує послідовність перестройки частоти.

Однією з переваг системи CDMA являється те, що групи користувачів

не потребують синхронізації.Синхронізуватися мають лише передавачі і

приймачі кожної групи.Виникає запитання якщо технології FDMA і TDMA

достатньо ефективні навіщо використовувати змішаний метод.Відповідь на

це запитання полягає в наступному.

Під час кожної зміни частоти генератор псевдошумової послідовності

Направляє кодову послідовність на пристрій скачкоподібної перестройки

Частоти.Даний пристрій видає одну з допустимих для скачка частот.При цьому частота несучої скаче по всьому діапазону частот.

Блок-схема пристрою виглядає наступним чином:

Унікальні переваги CDMA наступні:

1.Конфіденційність.Якщо код групи користувачів відомий лише дозволеним членам цієї групи то ця технологія забезпечує конфіденційність

зв”язку.Несанкціоновані особи,що не мають коду не можуть отримати доступ

до переданої інформації.

2.Опірність заглушенню.Протягом декількох часових інтервалів система здійснює скачки частоти.Ширина діапазону частот набагато більша

ширини смуги даних.Таке використання смуги називається розширенням

спектру.

3.Гнучкість.Відсутність необхідності синхронізації одночасно пере-

даючих пристроїв.