Спутниковая связь широко распространена в мире и используется для создания международных и национальных сетей связи, передачи данных на основе малых земных станций, установленных непосредственно у потребителя, многопрограммного телевизионного вещания с индивидуальным приемом.

Вообще, системы спутниковой связи дороже наземных. Необходимо подчеркнуть, что проблема спутниковой связи и вещания имеет несколько важных аспектов. В первую очередь–технический аспект, который предусматривает создание и вывод на орбиту многоствольных спутников-ретрансляторов с узконаправленными антеннами, создание земных передающих пунктов, производство простых приемных устройств массового пользования. Решение таких технических задач требует применения самых современных технологий и средств космической техники.

Важную роль играет экономический аспект. Поскольку средства связи и вещания являются массовыми и в зависимости от размеров зоны обслуживания могут содержать миллионы наземных приемных устройств. Поэтому важное значение придается экономической оптимизации, которая позволяет сделать земные средства связи и распределения телевизионных программ наиболее эффективными и недорогими и таким образом снизить затраты на создание всей системы.

Третий аспект–международный. При создании практически любой национальной системы спутниковой связи (вещания) не удается локализовать ее деятельность только внутри зоны обслуживания. Наиболее важна и необходима международная координация спутниковых систем, которая предусматривает четко спланированное использование геостационарной орбиты и регламентация ряда параметров искусственных спутников Земли (ИСЗ) и земных станций, которые влияют на электромагнитную совместимость с другими службами и системами.

2. Разработка структурной схемы и описание работы системы спутниковой связи.

По условию задания на курсовую работу нам необходимо реализовать спутниковую систему связи, которая обеспечивала многостанционный доступ наземных станций с временным разделением каналов на борту ИСЗ, с временным уплотнением каналов в передающих наземных станциях с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ) сигналов от каждого источника сообщений в передающей станции. Число источников сообщений в каждой станции NИСТ=3, а число приёмо-передающих станций NСТ=2.

Многостанционный доступ представляет собой специфическую особенность спутниковой связи, выгодно отличающую её от других видов связи и позволяющую существенно повысить эффективность использования стволов спутникового ретранслятора.

Под многостанционным доступом понимают возможность обращения (доступа) нескольких земных станций к одному спутниковому ретранслятору, при котором все станции могут одновременно передавать через этот ствол свои сигналы. Характерное для многостанционного доступа условие одновременной ретрансляции через общий ствол спутника нескольких сигналов предъявляет серьезные требования к методам передачи и разделения этих сигналов. Из-за неидеальности характеристик реальных трактов (ограничения полосы частот, нелинейности амплитудных и фазовых характеристик и т.п.) неизбежно возникают взаимные помехи между сигналами, ухудшающие качество их разделения и приема земными станциями.

В общем смысле задача выбора наилучшего метода МД состоит в том, чтобы найти ансамбль сигналов ортогональных или близких к ортогональным, при которых энергетические показатели ретранслятора (мощность и полоса частот) использовались бы наиболее полно, а уровень взаимных помех между сигналами был бы наименьшим и оказывал минимальное влияние на разделимость и помехоустойчивость приема каждого из сигналов.

Известны три основных способа формирования ансамбля ортогональных сигналов, основанные на разделении сигналов по частоте, времени и форме. Каждый из них имеет специфические особенности и порождает специфические эффекты при многостанционной работе. В конечном счете все эти эффекты приводят к уменьшению пропускной способности ствола ретранслятора при многостанционном доступе по сравнению с односигнальным режимом работы.

2.1. Разработка структурной схемы и описание работы наземных приёмно-передающих станций.

Согласно техническому заданию нам необходимо реализовать в наземных станциях временное уплотнение каналов, с импульсно-кодовой модуляцией сигналов от каждого источника сообщений в передающей станции. Число источников сообщений в каждой станции NИСТ=3, а число приёмо-передающих станций NСТ=2.

В подобных системах пропускная способность ретранслятора распределяется по каналам путем организации многостанционного доступа с частотным уплотнением (МДЧУ). Все каналы системы, кроме одного служебного, динамически перераспределяются по запросам станций. Служебный канал используется по способу МДВУ. Таким образом, каждой станции в кадре служебного канала постоянно выделяется один временной сегмент. Когда на интерфейс ЗС по линии наземной связи поступает новый запрос на соединение (вызов), эта станция посылает в собственном сегменте служебного канала требование на выделение двухстороннего канала, т.е. пары каналов из совокупности перераспределяемых каналов МДЧУ. При наличии хотя бы одного свободного канала между вызывающей и вызываемой станциями устанавливается полная дуплексная связь. По окончании соединения любая из пары станций освобождает канал путем посылки сигналов в собственном сегменте служебного канала.

В системе с МДВУ каждому каналу в пределах кадра, длительностью 125 мкс при скорости передачи данных 64 кбит/с выделяется временной сегмент, вмещающий 8 бит цифрового сигнала речи, полученного путем импульсно кодовой модуляции (ИКМ). В каждом кадре каналы распределены на группы, причем каждой абонентской станции выделена своя группа. Количество каналов в каждой группе периодически перераспределяется, так что ЗС с большой нагрузкой могут использовать большое количество каналов.

Обе системы эффективны при телефонной связи, для обслуживания которой они и были предназначены, поскольку длительность телефонного разговора, как правило, значительно превышает время, необходимое для выделения нового канала. Однако при пульсирующем трафике, требующем кратковременного занятия каналов, эти системы не позволяют значительно повысить эффективность использования каналов.

Многостанционный доступ с частотным разделением (МДЧР), обладая рядом несомненных преимуществ, тем не менее наделен и существенным недостатком, заключающимся в необходимости обеспечения квазилинейного режима выходного мощного каскада ретранслятора. При этом рабочая точка каскада оказывается обычно на 4... 6 дБ ниже точки, соответствующей режиму максимальной мощности. Столь заметное недоиспользование энергетического потенциала радиолинии существенно снижает пропускную способность системы связи и соответствующим образом ухудшает ее экономические показатели. Этого недостатка практически лишен метод многостанционного доступа с временным разделением каналов (МДВР). Требуемая при многостанционном доступе ортогональность сигналов различных станций достигается тем, что каждой станции сети для излучения сигналов выделяется определенный, периодически повторяемый временной интервал, длительность которого в общем случае определяется трафиком станции. Интервалы излучения всех станций взаимно синхронизированы, в силу чего перекрытие их не происходит. Интервал времени, в течение которого все станции сети по одному разу излучают свой сигнал, называется кадром, а длительность пакета, излучаемого одной станцией, называется субкадром. Такая система позволяет использовать ретранслятор в режиме, близком к режиму максимальной мощности, так как в каждый момент через ретранслятор проходит сигнал только одной станции и отсутствует проблема интермодуляционных помех, являющаяся одной да основных причин снижения пропускной способности системы при частотном многостанционном доступе. Аналогично тому, как при МДЧР эффективность использования полосы пропускания ствола определяется необходимостью введения определенных частотных зазоров между отдельными модулированными несущими, так при МДВР эффективность использования времени работы ретранслятора определяется необходимостью введения защитных временных зазоров между субкадрами, гарантирующими отсутствие их перекрытия при неидеальной работе системы межстанционной синхронизации, и необходимостью введения ряда дополнительных сигналов.

На рис.1 представлено распределение канальных импульсов для 24 канальной системы.

рис.1 Структура сигналов при временном разделении.

где Т – тактовый интервал;

Тk – межканальный временной интервал.

Межканальный временной интервал составляет:

Тk = Т/n

Первый канальный импульс в тактовом периоде является маркерным. Он принадлежит каналу синхронизации. Маркерный импульс имеет особую форму, передается вместе с канальными импульсами. Он несет «информацию» о времени начала цикла (такта) и, будучи принятым, заставляет Работать канальные распределители импульсной последовательности приемной части синфазно с канальным распределителем передающей части корреспондента. Это обеспечивает временное соответствие принятых канальных импульсов и передаваемых канальных импульсов корреспондента.

Структурная схема передающей части многоканальной системы с ИКМ и временным разделением каналов приведена на рис.2.

рис.2 Структурная схема передающего тракта наземной станции.

И1, И2, И3 – первый, второй и третий источники сообщения наземной станции;

ДК1, ДК2, ДК3 – устройства канальной дискретизации 1-го, 2-го и 3-го каналов;

РИК – распределитель импульсов каналов;

ЗГ – задающий генератор;

å – суммирующее устройство 1-го, 2-го и 3-го каналов наземной станции;

КД – кодер;

ФХИ – формирователь хронизирующих импульсов;

ПЕР – блок передающих усилителей наземной станции;

На передаче сообщения от источников (И1, И2, И3) подаются на устройства канальной дискретизации (ДК1, ДК2, ДК3). Дискретизация по времени осуществляется с частотой, задаваемой распределителем импульсов каналов (РИК). Отсчеты сигналов сдвинуты во времени на канальный интервал

Тk = Т/n, где Т – период повторения канальных импульсов, его величина определяется теоремой Котельникова; n – число каналов.

В дискретизаторе осуществляется амплитудная модуляция канальных импульсов сигналов соответствующего источника сообщения. Амплитудно-модулированные импульсные последовательности каналов объединяются в сумматоре, образуя групповой сигнал (рис.3).

рис.3 Групповой сигнал в сумматоре.

Групповой сигнал с АИМ приведен для двух каналов, чтобы не загромождать рисунок и не потерять сущность.

Далее канальные импульсы АИМ кодируются в кодере (КД), где в соответствии со значением амплитуды импульсов в точках отсчета формируется m-разрядная кодовая группа. Управление кодером производится импульсами, вырабатываемыми в формирователе хронизирующих импульсов (ФХИ). хронизирующие импульсы по существу являются стробирующими. Они по времени совпадают с соответствующими канальными импульсами, а их длительность равна канальному интервалу Тk, т.е. длительности кодового слова плюс защитный интервал между каналами.

ФХИ формирует также сигналы цикловой синхронизации (СЦС). Во втором сумматоре объединяются в единую двоичную последовательность групповой сигнал с ИКМ и CWC/ время полного цикла двоичного группового сигнала равно ТЦ = Т.

Структура цикла 3-канальной системы с ИКМ для случая пятиразрядной кодовой группы приведена на рис.4.

рис.4 Структура цикла 3-канальной системы с ИКМ.

Один из канальных интервалов отводится для передачи синхросигнала, поэтому общее число канальных интервалов в ТЦ равно n+1, т.е. в нашем случае равно 4.

В передатчике осуществляется вторая ступень модуляции ВЧ колебания, сформированной многоканальной импульсной последовательностью.

Структурная схема приёмного тракта наземной станции представлена на рис.5.

рис 5. Структурная схема приёмного тракта наземной станции.

ПР – блок приёмных усилителей наземной станции;

РГ – устройство регенерации по видео;

УР – устройство разделения;

ЗГ – задающий генератор;

УС – устройство синхронизации;

ДКД – декодер;

РИК – распределитель импульсов каналов;

КС1,КС2,КС3 – канальные селекторы;

ФНЧ – фильтр нижних частот;

П1, П2, П3 – приёмники сообщений наземной станции;

При приеме сигнал демодулируется в приемнике (ПР), восстанавливается в устройстве регенерации по видео (РГ), и далее видеопоследовательность поступает в устройство разделения (УР), где происходит разделение кодовых комбинаций каналов цикловой синхронизации и информационных каналов. Синхросигналы управляют работой задающего генератора тракта приема, вырабатывающего управляющие импульсы для декодера и распределителя импульсов каналов (РИК).

Канальные кодовые группы преобразуются в декодере в квантованные многоуровневые импульсы. На детектор подаются управляющие импульсы с задающего генератора, их временное положение и длительность совпадают с кодовой канальной группой, таким образом с детектора снимаются импульсные последовательности АИМ, распределенные по времени (рис.3). число последовательностей равно числу каналов. Далее импульсные последовательности АИМ поступают на канальные селекторы (КС), где происходит разделение каналов по времени. Восстановление непрерывных сообщений в каналах осуществляется с помощью фильтров (ФНЧ).

Далее полученные сигналы передаются каждый на свой приемник сообщений (П1, П2, П3).

Высокая помехоустойчивость цифровых систем с ИКМ обеспечивается за счет регенерации импульсов. В системах с ретрансляцией при восстановлении первоначальной формы импульсов на выходе каждого регенератора сохраняется одно и тоже отношение сигнал/шум, т.е. практически не происходит накопление шумов.

Точность передачи непрерывных сообщений с помощью ИКМ можно повысить за счет квантования с неравномерным шагом, предсказанием (ДИКМ) и за счет создания избыточного кода.

2.2. Разработка структурной схемы и описание работы ИСЗ.

Большинство национальных и региональных систем и сетей спутниковой связи и вещания космических станций, как правило, содержит ИСЗ (или несколько) находящийся в постоянной работе, и резервный спутник (или несколько), находящийся в той же (или соседней) орбитальной позиции.

Страницы: 1, 2

Новости

Мои настройки

Наверх