Радиоэлектроника

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.


                                         [pic]

            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
          [pic]

             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:





смотреть на рефераты похожие на "Многопозиционная фазовая модуляция в системах спутниковой связи с МДЧ"