Многопозиционная фазовая модуляция в системах спутниковой связи с МДЧ
Многопозиционная фазовая модуляция в системах спутниковой связи с МДЧ
1. Описание системы
Произведем краткое описание системы.
Чтобы
обеспечить связь между различным количеством объектов,
находящихся на большом расстоянии друг от друга часто наибо-
лее целесообразно использовать системы спутниковой связи(CCC).
Принцип связи с помощью искусственных спутников Земли(ИСЗ)
заключается в
передаче сигналов с одной или нескольких зем-
ных станций (ЗС) на
ИСЗ с их последующей ретрансляцией всем
ЗС
системы.Устройством,осуществляющем прием сигналов
от передающей(-их)
ЗС,их усиление и передачу в направлении
приемной(-ых) ЗС,
является бортовой ретранслятор (БРТР) рас-
положенный на ИСЗ.
Понятие
МНОГОСТАНЦИОННОГО ДОТУПА.
Ширина полосы частот
БРТР ИСЗ составляет окло 400-500 МГц.
Эта полоса делится
на 10-12 частотных диапазонов,которые
называются
СТВОЛАМИ.В каждом изтаких стволов можно обеспе
чить ретрансляцию
десятков и даже сотен сигналов различных
ЗС.Но такая
"одновременная" ретрансляция в одном стволе
требует,чтобы
сигналам каждой ЗС был присвоен определенный
признак,по которому
они будут различаться.Существует нес-
колько таких
признаков каждый из которых определяет соотве-
тствующий способ
многостанционного доступа
(МД). Применяю
в основном три вида МД:
- МД С ЧАСТОТНЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ (МДЧР)
- МД С ВРЕМЕННЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ (МДВР)
- МД С КОДОВЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ (МДКР)
В соответствии с ТЗ
в данной работе рассматривается ССС,ис-
пользующая МДЧР с равномерной расстановкой частот сигналов.
МДЧР предусматривает
присвоение сигналам каждой ЗС своей
несущей
частоты.Несущие частоты разносятся так,чтобы спек-
тры соответствующих
колебаний не перекрывались:
f1 f2 f3
fN
fс - ширина
полосы частот сигнала одной ЗС.
fзащ - защитный
промежуток между сигналами соседних ЗС.
fств - ширина
полосы частот,отведенная данному стволу.
Все космические каналы связи в
первом приближении можно рассматривать как каналы гауссовского типа .Это
допустимо, поскольку в космических каналах связи можно не считаться с эффектом
многолучёвости,а возможные флюктуации сигнала из-за случайных изменений
положений антенн ИСЗ на траектории сравнительно невелики и их можно
учесть,выбрав соответствующий коэффициент запаса ( см. 3 стр 342 ).
Таким образом имеем линию связи "ИСЗ-Земля"
со свободным распространением сигналов и гауссовский канал связи.
2.Выбор показателей качества системы.
Важной задачей является выбор
критериев и показателей качества (ПК) системы. ПК -- это параметры ,которые
являются определяющими в оценке качества работы системы.ПК может быть только
такой внешний варьируемый параметр,который связан с качеством системы строго
монотонной зависимостью.Т.о. мы можем принять за ПК колличество земных станций
(N) ситемы,ретранслируеммых в одном стволе БРТР.
3.Понятие
уравнения связи.
Опираясь на исходные данные ,можно выразить отношение
сигнала к шуму Qс на входе приёмника как функцию параметров системы.Т.о.
величина Qс имеет отношение к сигналу, пришедшему на вход приёмника.
Задавшись видом сигнала (пусть
это будет ФМн сигнал) , можно определить НЕОБХОДИМОЕ отношение сигнал/шум Qтр
на входе приёмника ,при котором обеспечивается требуемая скорость передачи
информации. Величина Qтр имеет непосредственное отношение к ПРМ.
В реальных условиях необходимо
принимаить во внимание влияние межсимвольных искажений,неидеальность
синхронизации, нестабильность порогов в решающих устройствах и т.п. По этим
причинам величину Qтр необходимо увеличивать и тогда можно функционально
связать все параметры системы с помощью условия,называемого УРАВНЕНИЕМ СВЯЗИ:
Qс>=Kc*Qтр,где Кс - коэффициент запаса,учитывающий влияние всех этих
неблагоприятных факторов.Обычно Кс принимается равным 2--4.(см 1). Выолнение
этого уравнения будет означать ,что энергетика линии позволяет обеспечить
заданные требования.Определение конкретных значений Qс и Qтр проводится на
стадии энергетического расчета линии связи.(см.1 )
4.Энергетический
расчет.
В идеальном свободном
пространстве отношение средней мощности сигнала на входе ПРМ к средней
мощности шума, учитываемой в полосе,занимаемой спектром сигнала,равно:
Pпд *КПА1 *КПА2 *G1*Sэ
Qc
ид.=(Pc/Pш)ид.= ------------------------------------ 4*п*r^2*Nо
сум*дf'э
здесь: -- Pпд =10 Вт (см.ТЗ)- мощность БРТР
--
G1=Ga/КПД=1000/0.75=1333 -КНД антенны БРТР
(Коэффициент направленного действия определяется отношением коэффициента
усиления антенны Ga=30Дб (см.ТЗ) к коэффициенту её полезного действия, который
обычно составляет 0.6--0.8.При расчёте положено КПД=0.75(30Дб=1000
)
--
КПА1,КПА2 -- коэффициенты, характеризующие потери в антенных трактах систем,
которые зависят от протяжённости антенно-фидерных трактах,которые соединяют
антенну с ПРМ в приёмнике и антенну с ПРД в передатчике, наличия разделительных
фитльтров в трактах и т.п. Значения КПА1 и КПА2 обычно составляют 0.95--0.4
(см1.стр41).Примем КПА1 и КПА2 равными среднему из этого интервала значению:
0.65
--
Sэ=(КИП*п*D^2)/4 -- эффективная площадь раскрыва антенны ПРМ, где КИП --
коэффициент использования антенны ПРМ.Для реальных параболических антенн КИП
составляет 0.5 -- 0.75 (теореоичеки идеальное значение: 0.83) (см.6 стр377),
п=3.1415926, D=7м -- диаметр антенны ПРМ ЗС (ТЗ); т.о. Sэ= 23 м^2.
--
r=36000000 м^2 -- протяжённость линии связи (будем считать, что ИСЗ находится
на геостационарной орбите, т.к. с точки зрения экономичности устройств антенных
систем -- это выгодно, правда призводить запуск на геостационарную орбиту --
дороже, нежели на эллиптическую (см.1 стр18)).
--
Nо сум =(1.38*10^(-23))*Тш -- суммарная спектральная плотность шума на входе
ПРМ , где Тш -- результирующая шумовая температура на входе ПРМ, Тш=Тк+
Тат+Тз+Тша+Тв+Тш пр /КПМВ, где КПМВ -- коэффициент передачи мощности
волноводного тракта (КПМВ обычно составляет 0.75) Тв=То*(1-КПМВ/КПМВ)=91 К
--шумовая температура (ш.т.) волноводного тракта; ----Тш пр -- ш.т. ПРМ (в
таблице Тш пр обозначено как Тш ср, равная средней температуре из приведённых
в таблице интервалов ш.т. для различных типов усилителей см. ниже); Тк -- ш.т.
космоса, Тз= 2.9 -- ш.т. Земли ( при условии,что мощность боковых лепестков ДН
ПРМ ЗС в 100 раз меньше главного) Тат -- ш.т. атмосферы (70 -- 150 К), Тша --
ш.т. антенны. Примем, что Тк+Тат+Тз+Тша =100 К, тогда при меняющемся типе
усилителя будем иметь разные Тш, а следовательно и разные значения сигнал/шум.
--
дfэ -- эквивалентная шумовая полоса ПРМ ЗС , которая определяется шириной
спектра сигнала. Т.к. скорость передачи информации при многопозиционном сигнале
( М положений фазы, при рассмотрении ФМн сигналов) R=(log(M))/t, где t --
длительность элементарной посылки, и т.к. ширина спектра сигналов одного
канала дfс=1/t, то ширина спектра сигналов всей станции дfст, равная
дfэ=(R/log (M))*N, где N=50 -- колличество телефонных каналов на одной ЗС, R=
64 Кбит/с -- стандартная скорость передачи цифрового сообщения. Величина М в
таблице (см. ниже) изменяет.
В реальных условиях фактическое
отношение сигнала к шуму на входе ПРМ уменьшается по сравнению с идеальным в
связи с :
--
потерями мощности Lа за счёт неточного
наведения антенн ПРД и ПРМ; обычно значение Lа лежит в интервале 0.9 --
0.8 (от -0.5 до -1 дБ) .Пусть Lа= 0.8 (см.1 стр 41)
--потерями
Lальфа за счёт поглощения и рассеивание энергии сигнала из-за
неидеальности свойств среды (осадки,туман,угол места антенны,рабочая частота .
. .); Значение Lальфа принадлежит интервалу 0.8 -- 0.5 ,что составляет около -1
-- -3 дБ .Пусть Lальфа=0.6
--
потерями поляризации Lп, возникающими из-за несоответствия поляризаций антенн
ПРД и ПРМ. Lп составляет от -0.5 до -3 дБ,что соответствует 0.5--0.9.
Т.о. фактическое отношение сигнала
к шуму Qc факт. будет в Lа*Lалфа*Lп=0.8*0.6*0.6=0.288 раз меньше (см.табл.).
Определим Qтр -- требуемое, для
удовлетворения заданной точности приёма (Рош), отношение сигнала к шуму,
которое должно быть на входе ПРМ. При этом рассматриваются М-ичные ФМн сигналы:
-- для двоичных сигналов выражение
для Qтр имеет вид:
Qтр=2*ln(1/2*Рош)/Бс*(1-Рs)
-- для М-ичных сигналов :
Qтр=(ln((M-1)/M*Рош))/sin^2(п/М),
(Бс=1),
где Бс=t*дfc -- база сигнала (для ФМн сигналов
Бс=1), t -- длительность посылки сигнала (длительность информационного
символа),дfс -- ширина спектра сигнала, Рош=0.00001 -- заданная в ТЗ
вероятность ошибки при приёме сигнала.
В реальных условиях необходимо
принимать во внимание влияние межсимвольных искажений,неидеальность
синхронизации, нестабильность порогов в решающих устройствах и т.п. Поэтому
величину Qтр необходимо увеличивать в Кс ( 2--4) раз и для успешного приема
необходимо выполнение соотношения:
Qc>=Kc*Qтр
Результаты расчёта по формулам для
Q c ид,Qc факт,Qтр, а также проверка выполнения вышеуказанного условия
приведены в следующей таблице:
|