Практические работы по радиосвязи. методичка. Лабораторная работа 1 Построение профиля пролета. Расчет минимальнодопустимого множителя ослабления в ррл 5 стр

• Название: Лабораторная работа 1 Построение профиля пролета. Расчет минимальнодопустимого множителя ослабления в ррл 5 стр
• Анкор: Практические работы по радиосвязи
• Дата: 02.07.2022
• Размер: 2.08 Mb.
• Имя файла: методичка.docx
• Тип: Лабораторная работа; #623044
• страница: 5 из 7

Лабораторная работа №4
Расчет пропускной способности и составление плана частот ствола при многостанционном доступе с частотным разделением каналов. Расчет энергетических соотношений. Построение ДУ.

Теоретическая часть.

4.1. Выбор диапазона частот для ССС.

Так как антенна ЗС направлена в космос, то ее шумовая температура зависит от шумового излучения космоса и атмосферы. Эта шумовая температура учитывается при выборе диапазона частот. Также учитывают ослабление сигнала в атмосфере и гидрометеорах.Поглощения радиоволн в спокойной атмосфере (без дождя) значительно ниже, чем при осадках.

Гидрометеоры в тропосфере (капли дождя и тумана, снег и пр.) рассеивают энергию радиоволн, длинна волны которых, соизмерима с размерами гидрометеоров.

Ослабление сигнала в зависимости от интенсивности дождя J для разных частот различно.

4.2. Множитель ослабления в дожде и учет шумов космических источников.

Для ССС множитель ослабления в дожде будет равен:

, (4.1.)

где: R_э - длинна трассы, где идет дождь [км]; L_д - ослабление в дожде [дБ].

Множитель ослабления показывает, на сколько сигнал ослабнет в дожде.

При горизонтальной поляризации антенны, капли дождя расщепляются, и ослабление сигнала возрастает по сравнению с вертикальной поляризацией в 1,15 раз. Кроме того, необходимо учитывать эффективные температуры шумов космических источников на входе антенны ЗС.

В целом при учете ослаблений в гидрометеорах и шумов космических источников для ССС наиболее подходит диапазон частот от 1 ГГц до 10 ГГц.

В России для ССС «Молния-1» использовалась частота f= 1 ГГц. «Молния-3» работает на частоте f= 6 ГГц.

ССС «Горизонт» работает в диапазоне 6/4 ГГц. Частота f= 6 ГГц используется на участке земля-космос, а f= 4 ГГц - космос-земля.

Так как диапазон от 1 ГГц до 6 ГГц в настоящее время занят, а новые ССС продолжают создавать, то стали использовать диапазон 14/11 ГГц и 30/20 ГГц. Потери сигналов, при распространении в этих более высокочастотных диапазонах, возрастают и становиться сложнее создавать и эксплуатировать аппаратуру. Но при этом коэффициент усиления антенн возрастает при тех же ее размерах, и это позволяет компенсировать часть потерь.

4.3. Запаздывание сигналов при распространении от ЗС к ИСЗ и от ИСЗ к ЗС. Возникновение эха сигнала.

Время распространения сигнала в ССС определяется длиной пути L_c.

, (4.2.)

где Н_исз - высота орбиты спутника.



Рис.4.1. Путь распространения сигнала от ЗС1 к ЗС2

Путь, по которому распространяется сигнал в ССС, показан на рис.4.1.

Время распространения сигнала излучаемого земной станцией равно:

, (4.3)

Для геостационарного спутника



При передаче телевизионных сигналов такое запаздывание не имеет значения. При дуплексной связи абонент будет ожидать двойное время.
.

При разговоре через спутник возникают паузы, и нарушается естественность речи.

В аппаратуре приемника ЗС часть принятого сигнала просачивается в передающую аппаратуру, т.е. сигнал возвращается говорящему абоненту с запаздыванием на время распространения сигнала, и воспринимается как эхо. Для устранения мешающего влияния эхо-сигнала включают эхозаградители. При времени распространения 500мс создают эхозаградители, в которых этот сигнал ослабляется на 60 дБ.



Рис 4.2. Пассивный ретранслятор

Ретрансляторы на ИСЗ могут быть как пассивными, так и активными. В качестве пассивного ретранслятора могут быть планеты, метеориты и гидрометеоры (рис.4.2.). Пассивные ретрансляторы в настоящее время не применяют, потому что принятый сигнал будет весьма слабым.
Переизлучаемый сигнал после усиления в активном ретрансляторе будет достаточного уровня для его приема на ЗС. Такие ретрансляторы называют ретрансляторами прямого усиления (рис.4.3).

Переизлучаемый сигнал, после усиления в таком активном ретрансляторе, (т.е. ИСЗ) на промежуточной частоте смещается

на (1,5 ÷ 2) ГГц.



Рис.4.3. Активный ретранслятор

4.4 Методы многостанционного доступа.

Многостанционный доступ (МД) позволяет работать через один ИСЗ всем ЗС, расположенным в зоне обслуживания, как составной части зоны покрытия. На ИСЗ имеется одна приемо-передающая антенна для работы со всеми ЗС.

Используют системы многостанционного доступа с кодовым разделением (МДКР), системы многостанционного доступа (МДЧР) и временным разделением (МДВР). МДКР осуществляется на основе использования шумоподобных сигналов (ШПС) и является наиболее перспективным для современных ССС. При МДЧР, полосу пропускания частот ретранслятора, т.е. ИСЗ Δf_исз делят между всеми ЗС, число которых обозначают N_зс.

Пример распределения полосы частот при МДЧР показан на рис.4.4.



Рис.4.4. Пример разделения полосы пропускания частот ретранслятора Δf_исз между ЗС при МДЧР.

Каждой ЗС выделяется соответствующая полоса частот Δf_зс3. Полосы частот, выделенные ЗС, отделены друг от друга защитными частотными интервалами (ЗЧИ) Δf_зчи, которые необходимы для устранения переходных помех между сигналами в соседних частотных полосах ЗС. Переходные помехи возникают при одновременном прохождении сигналов всех ЗС через нелинейный передатчик ретранслятора на ИСЗ.



Рис.4.6. Нелинейная характеристика передатчика ретранслятора.

На нелинейном участке характеристики передатчика (рис.4.6.) образуются переходные помехи, т.е. гармоники, которые попадают в полосы пропускания других ЗС. Поэтому и вводят ЗЧИ, но это уменьшает пропускную способность ретранслятора, т.е. снижает эффективность использования его полосы частот Δf_исз.

При МДЧР, на входе приемника ИСЗ необходимо поддерживать уровни мощностей всех принимаемых сигналов ЗС одинаковыми с точностью

до 0,5 дБ, это необходимо для того, чтобы не возникало подавления слабого сигнала сильным, при прохождении через нелинейный передатчик ИСЗ.

Хотя уровни сигналов всех передатчиков ЗС и одинаковы, но условия распространения сигналов от ЗС к ИСЗ различны. Кроме того, путь у сигналов от ЗС к ИСЗ разный. Для поддержания равенства мощностей сигналов на входе приемника ИСЗ, на каждой ЗС измеряют ослабление сигнала на участке ЗС - ИСЗ, а затем автоматически регулируют выходную мощность передатчика ЗС до требуемого уровня.

На один телефонный канал выделяется одна несущая частота. Такие каналы называют ОКН («один канал на несущую»). Например, если скорость передачи информации R = 64 кбит/с, и если в приемнике используется цифровая модуляция ИКМ - ОФМ (импульсно-кодовая модуляция и относительно-фазовая модуляция) с четырьмя уровнями квантования, то необходимо выделить на один телефонный канал (ТФ) полосу частот Δf_тк = 45 кГц, при этом уже учитывается и ЗЧИ.

Допустим, что каждый частотный ствол ретранслятора (транспондер) имеет полосу пропускания частот Δf_ст = 36 МГц, то тогда в нем можно будет разместить ТФ в количестве



т.е. в таком частотном стволе можно разместить всего 800 телефонных каналов, каждый из которых занимает полосу частот Δf_тк = 45 кГц.

Практическая часть.

Определение необходимой полосы частот и требуемого отношения несущая /шум.
На передающем конце СЛС (спутниковая линия связи) (на передающей ЗС) и на приемном конце (на приемной ЗС) происходит преобразование скорости передачи цифрового сигнала в соответствии с рис.4.7, где обозначено:

В_цс - скорость передачи одного информационного потока (задана в исходных данных);

В_вх - скорость передачи входного потока;

В_к -скорость передачи цифрового потока на выходе помехоустойчивого кодера

с учетом скорости кодирования R (R задана в исходных данных);

В_сс - скорость передачи сигналов служебной связи;

В_рк - результирующая скорость передачи в радиоканале с модуляцией 4ФМ.

Ширина спектра модулированного радиосигнала численно равна результирующей скорости передачи с учетом коэффициента скругления спектра:

П_с = В_рк(1+α) , Гц (4.1)

где а - коэффициент скругления спектра (задан в исходных данных);

В_рк = Вк / log₂М, бит/сек, (4.2)
где М = 4 в случае использования модуляции 4ФМ;

В_к = , бит/сек , (4.3)



где R - скорость кода (при каскадном кодировании R = R_внутр•R_внешн),
В _вх = В _цс + В _сс .
При IDR сигналы служебной связи с В_сс=96 кбит/с добавляются, если

В_цс > 1544 кбит/с.

При меньших В_цс, сигналы служебной связи не добавляют, т.е. В_сс=0.

С учетом необходимых при МДЧР защитных частотных интервалов полоса частот, требуемая для передачи одной несущей:

П 1=(1,1…1,3)∙ Пс . , Гц (4.4)

Значение К_ош = 10^-7 соответствует условиям отсутствия осадков («ясное небо») и является достоверным в период готовности в течение более 10% любого месяца, а значение К_ош=10⁻³ соответствует условиям наличия осадков (≪ухудшение погоды≫) и является достоверным в период готовности в течение более 0,03% любого месяца.

Таблица 4.1.

№ варианта	Вцс (бит/с)	R	а	К ош	qfr (дБ)
1	256000	1/2	0,25	10-3, 10-7	60
2	186000	3/4	0,35	10-3,10-6	61
3	305000	7/8	0,26	10-3,10-8	80
4	158000	1/2	0,27	10-6,10-8	82
5	250000	3/4	0,33	10-3, 10-7	60
6	435000	7/8	0,28	10-3, 10-7	50
7	555000	1/2	0,29	10-3,10-6	90
8	876000	3/4	0,30	10-3,10-8	100
9	222000	7/8	0,31	10-6,10-8	90
10	155000	1/2	0,32	10-3, 10-7	60

В_цс (бит/с) _- Скорость передачи одного информационного потока

R- Скорость кодирования

a- где коэффициент скругления спектра

_{qfr =} – допустимое значение отношения сигнал-шум, указанное в технических параметрах аппаратуры;




Рис.4.7.Преобразование скорости цифрового потока:

а) на передаче, б) на приеме
Требуемое значение, для обеспечения заданной достоверности h, на входе демодулятора приемной ЗС определяется из таблицы 4.1 в зависимости от кодовой скорости R и требуемого коэффициента ошибок К_ош ЦС на выходе декодера.

Данные приведены для модуляции 4ФМ, декодирования по алгоритму Витерби и учитывают погрешности аппаратурной реализации.

Таблица4.2

Коэффициент ошибок Кош	h доп дБ
	R = 1/2	R = 3/4	R = 7/8
10-3	4,1	5,2	6,2
10-6	6,0	7,5	8,6
10-7	6,6	8,2	9,3
10 -8	7,1	8,7	10,2

При проектировании следует иметь в виду, что на входе приёмной ЗС помимо полезного сигнала и теплового шума, могут присутствовать также мешающие

сигналы от других систем связи и интермодуляционные шумы, возникающие в

передатчиках КС и ЗС, работающих в многосигнальном режиме.

В первом приближении эти дополнительные помехи могут быть учтены прибавкой к hдоп из таблицы 4.1 запаса Δдоп=1…2дБ .

Требуемое отношение h_т=h_доп+Δ_доп.

Затем рассчитываются требуемые значения q_ft и q_t.



Чтобы обеспечить требуемое отношение qft в конце СЛС, состоящей из двух участков: участок “вверх”(↑) и участок “вниз”(↓), на каждом оно должно обеспечиваться с запасом. На участке ↑ энергетический потенциал обеспечить легче, поэтому коэффициент энергетического запаса на этом участке выбирают больше: a = 5 … 10, а на участке ↓ коэффициент энергетического запаса b рассчитывают:

b = (4.5)
и распределяют требуемое отношение q_f по участкам:

q_ft↑=q_ft+10∙ log a , дБГц, (4.6)

q_ft↓=q_ft+10∙ log b , дБГц, (4.7)

Сведем полученные данные в таблицу 4.3

Коэф. ошибок, Кош	ht, дБ	qt, дБ	qft, дБГц	qft ↑, дБГц	qft↓, дБГц
10-3	6,2	6.9	60.3	68.7	60,9
10-7	9,2	9.9	63.3	71.7	63.9

B_вх = 256 кбит/с ; R = 3/4 ; Δ_доп = 1 дБ ; а = 7 ; b = 1,17