23 Сентября 2009 г.

9:06

 

1. системы пакетной передачи данных о состоянии различных объектов, в том числе транспортных средств и т.д.

1. Системы радиотелефонной связи

1. Системы для определения местоположения координат потребителя.

 

Системы пакетной передачи данных предназначены для передачи данных в цифровом виде

 

Скорость пакетной передачи данных в системах спутниковой связи составляет от единиц до сотен килобит в секунду. В этих системах как правило, отказываются от непрерывности обслуживания и не предъявляют жестких требований к оперативности доставки сообщений. В таком режиме работает электронная почта, поступившая информация запоминается бортовым компьютером спутника и доставляется корреспонденту за ранее определенное время суток.

Система радиотелефонной связи

При радиотелефонной связи с помощью спутников используют цифровую передачу сообщений. При этом обязательно должны выполняться общепринятые международные стандарты. В таких системах задержка сигналов на трассе распространения не должна превышать 0,3 секунды и переговоры абонентов не должны прерываться во время сеанса связи.

обслуживание абонентов должно быть непрерывным и происходить в реальном времени.

В космических системах решающие задачи функциональной связи используют спутники, которые могут находиться на различных орбитах. Высоту орбит космических аппаратов выбирают на основе анализа многих факторов, включая энергетические характеристики радиолиний, задержку при распространении радиоволн, размера и расположения обслуживаемых территорий.

В настоящее время для решения задач персональной радиосвязи применяют спутники, которые могут находиться на следующих орбитах:

Низких: от 700 - 1500 км (Круговых, или близких к круговым)

Средневысотных от 5к до 15к км (Круговые или эллиптические)

Геостационарные от 36к км (эллиптические)

Низко орбитальных спутник находится на высоте около 1000 км, и движется по орбите примерно со скоростью 7 км в секунду.

Время, в течении которого его можно наблюдать из некоторой точки поверхности Земли (время видимости) не превышает 14 минут, после этого спутник "уходит" за линию горизонта.

Для поддержания непрерывной связи, например при радиотелефонном разговоре, необходимо чтобы в тот момент, когда первый спутник покидает зону обслуживания, на смену ему приходил второй, за ним третий и т.д. Глобальные спутниковые системы должны постоянно держать в поле зрения своих антенн всю поверхность планеты.

Это напоминает принцип сотовой радиотелефонной связи. Только роль базовых станций здесь играют спутники. Для надежного покрытия всей поверхности земли необходимо иметь большое число спутников, обычно несколько десятков. С увеличением высоты орбиты необходимое число спутников уменьшается, т.к. увеличивается зона видимости. Это обусловливает снижение стоимости орбитальной группировки.

Но при этом усложняются и становятся более дорогими персональные спутниковые терминалы из за увеличения дальности связи (Земля - космос - Земля). Таким образом численность спутников в орбитальной группировке является результатом компромисса между стоимостью и желаемым объемом услуг связи с одной стороны и ценой персонального спутникового терминала с другой.

Это надо учитывать при той или иной системе связи.

К среднеорбитальным спутникам связи относят космические аппараты с высотой орбиты от 5-15к км.

При таких орбитах время видимости одного спутника ретранслятора доходит до нескольких часов, что позволяет уменьшить число спутников до 9-12 часов. В зависимости от высоты расположения спутников, задержка распространения сигнала колеблется от 40-140 мили секунд, что не заметно для восприятия речи на слух.

 

Для обеспечения надежной связи в большинстве регионов Земли достаточно малого числа спутников - 9, а 12 спутников обеспечивают глобальную.

Геостационарные орбиты позволяют спутникам зависать над заранее выбранными точками Земли. Такое зависание обеспечивается высотой орбиты ( 35875км) на которой скорость перемещения на орбите совпадает со скоростью вращения Земли вокруг своей оси. Системы использующие геостационарные спутники Обладают рядом преимуществ

при организации глобальной связи:

1. Отсутствие перерывов связи, которые наблюдались из за взаимного перемещения спутников и терминалов в других системах.

1. Охват связью 95% поверхности Земли системой, состоящей всего из трех геостационарных спутников

1. Отсутствие необходимости в организации межспутниковой связи в отличие от низкоорбитальных систем.

 

Недостаток: Из за большой высоты геостационарной орбиты возникает длительная задержка между передачей и приемом сигнала. Она составляет около 260мс в одну сторону. Если сигнал проходит путь до спутника-ретранслятора и обратно, то задержка составляет 520 мс, что при передаче данных незаметно, а при телефонной связи чувствуется значительно.

 

Методы расширения спектра.

В технологиях радиосвязи крайне важную роль играет метод расширения спектра. Он может быть использован для передачи как цифровых, так и аналоговых данных с помощью аналогового сигнала. Изначально этот метод был создан для разведывательных и военных целей. \

Основная идея метода состоит в том, чтобы распределить информационный сигнал по широкой полосе радиодиапазона, что в итоге позволяет значительно усложнить подавление или перехват сигнала. Общая схема цифровой системы связи с использованием расширения спектра показана на рисунке:

рисунок.

 

 

Входной сигнал поступает на канальный кодер который генерирует аналоговый сигнал со сравнительно узкой полосой, центрированной на определённой частоте. Далее сигнал модулируется с помощью последовательности чисел, именуемой кодом расширения или расширяющей последовательностью. Обычно, хотя и не всегда, код расширения создается генератором случайных чисел. В результате модуляции полоса передаваемого сигнала значительно расширяется. После приема сигнал демодулируется с использованием того же кода расширения. Заключительный шаг - сигнал подается на канальный декодер для восстановления данных.

Избыток спектра дает возможность получить следующие преимущества:

1. Невосприимчивость спектра к различным типам шумов, а также к искажениям, вызванным многолучевым распространением.

1. Расширенный спектр позволяет скрывать и шифровать сигналы. Восстановить зашифрованные данные сможет только пользователь, которому известен код расширения.

1. Несколько пользователей могут одновременно использовать одну полосу частот при крайне малой взаимной интерференции. Данное свойство используется в технологии мобильной связи, известной как CDMA.

При использовании расширенного спектра со скачкообразной перестройкой частоты (Frequency Hopping Spread Spectrum) передача сигнала осуществляется с помощью определённых наборов частот, имеющих свойство случайных последовательностей. Перестройка частоты сигналов происходит через определённые интервалы времени. Изменение рабочих частот приёмника синхронизируется с передатчиком, что позволяет получать сигнал. В то же время при попытке подслушивания будут слышны лишь неразборчивые звуки, а создание помех на одной из частот приведёт к уничтожение только нескольких битов сигналов.

Набор используемых частот: 2 5 3 7 4 6 8 1

Переключение :

Для передачи FH сигналов, резервируют определенное число каналов. Как правило, используют 2k несущих частот, которые составляют 2k каналов. Расстояние между несущими частотами, а следовательно, и ширина каждого канала обычно равно полосе входного сигнала.

При передаче каждый канал используется в течении фиксированного интервала времени. В стандарте IEEE 802.11, например этот интервал равен 300 мс. В течении каждого интервала осуществляется передача некоторого количества закодированных определенным образом битов, а может и часть битов. Последовательность использования каналов задается кодом расширения и так, как приемник и передатчик используют один и тот же код, переходы между каналами выполняют синхронно. На рисунке приведена типичная блок-схема системы связи со скачкообразной перестройкой частоты.

 

Рисунок

 

Работа передатчика в системе связи расширенного спектра со скачкообразной перестройкой частоты

 

 

 

 

FSK (частотная) и BPSK (бинарная фазовая)- способы модуляции. Поступают цифровые данные, преобразуются в аналоговый. И в итоге частотный диапазон будет расширен.

 

При передаче двоичные данные подаются на модулятор, работающий с использованием определенного метода цифро-аналогового кодирования. Например, частотные манипуляции (Frequency Shift Keying - FSK) или же двоичнофазовой модуляцией (BPSK - Binary Phase Shift Keying).

Полученный сигнал центрирован на некоторой базовой частоте. Генератор псевдослучайных чисел применяют для получения индексов в таблице используемых частот. Для каждого интервала времени выбирается новая несущая частота, эта частота модулируется сигналом исходного модулятора. Форма полученного сигнала не изменится, но он будет центрирован на выбранной частота. Приёмник демодулирует полученный сигнал расширенного спектра с помощью той же последовательности частот. Для получения выходных данных полученный сигнал еще раз демодулируется.

Последовательность расширения спектра C(t) представляет собой последовательность двоичных чисел, которая известна как приемнику, так и передатчику. В идеальном случае она представляет собой случайный ряд двоичных единиц и нулей. Но в тоже время генерирование последовательности расширения должно быть предсказуемым, так как приемник и передатчик должны иметь один и тот же код.

Данные требования могут быть выполнены с помощью генератора псевдослучайных чисел, создающего повторяемую периодическую последовательность, обладающую свойствами случайного ряда.

Псевдослучайные последовательности генерирует алгоритм, в котором используется некоторое исходное число.

Алгоритм является детерминированным, поэтому генерируемые числа не являются статически случайными, они будут повторятся через какое то время. Потому подобные числа называют псевдослучайными. Предсказать последовательность без знаний алгоритма и начального числа невозможно.

 

Bluetooth

 

 

Лекция 5