Фулл. Вопросы для подготовки к экзамену по ссс за 2022 год

• Название: Вопросы для подготовки к экзамену по ссс за 2022 год
• Дата: 30.06.2022
• Размер: 2.69 Mb.
• Имя файла: Фулл.pdf
• Тип: Документы; #620694
• страница: 6 из 7

Добротность приемной части ствола.
Отношение Q = G
п
/T называют добротностью приемной системы. Заметим, что эквивалентная шумовая температура приемной системы зависит не только от собственных шумовых характеристик антенны и приёмника, но и от внешних источников шума.

Обычно составляет – 20дБ … +3 дБ, что вызвано не только меньшими размерами антенны, но и применением более простого (и обладающего большей шумовой температурой) входного малошумящего усилителя.
43. Классическая теория линейного уплотнения.
Если представить каждую ЗС сети как некий совокупный источник информации (в том смысле, что сигнал каждой ЗС может переносить информацию от большого количества пользователей сети), то геостационарный
КА с непосредственной ретрансляцией можно рассматривать как устройство уплотнения радиосигналов.
В соответствии с классической теорией линейного уплотнения и разделения каналов, разработанной для видеосигналов, из суммы большого числа сигналов можно безошибочно выделить отдельные слагаемые, если уплотняемые сигналы ортогональны.
Исходя из выполнения приведенного условия, различают:
― частотное разделение каналов — ЧРК {FDMA —
Frequency Division Multiple Access}. При ЧРК уплотняемые сигналы совпадают во времени, но не перекрываются их спектры;
― временное разделение каналов — ВРК {TDMA — Time
Division Multiple Access}.
При ВРК сигналы не совпадают во времени, а их спектры полностью перекрываются;
― разделение каналов по форме — РКФ {Code Division
Multiple Access}.

При РКФ уплотняемые сигналы перекрываются и во времени и по спектру. Для любой пары сигналов 𝑆𝑖(𝑡) и 𝑆𝑗(𝑡) из ансамбля ортогональных сигналов должно быть выполнено условие:
∫ 𝑆
𝑖
(𝑡) ∗ 𝑆
𝑗
(𝑡)
𝑇
0
𝑑𝑡 = 𝑓(𝑥) = {
0 при 𝑖 ≠ 𝑗
𝐸 при 𝑖 = 𝑗
где 𝑡 — длительность сигналов, 𝐸 — энергия.
Кроме традиционно используемых при уплотнении и разделении каналов отличительных признаков электрических сигналов занимаемой полосы частот, временного положения и формы можно использовать и дополнительные признаки радиосигналов — поляризацию и направление на источник излучения радиоволн (пространственное разделение каналов).
При поляризационном разделении каналов (ПлРК) отличительным признаком канала является поляризация радиосигналов.
На практике число уплотняемых при ПлРК каналов равно двум (вертикальная и горизонтальная линейная поляризация, либо левосторонняя и правосторонняя круговая поляризация), что объясняется большими поляризационными потерями на трассе распространения радиосигналов.
Поэтому в чистом виде ПлРК не может быть использовано, но в сочетании с другими методами ПлРК обеспечивает сокращения полосы частот сети в 2 раза (повторное использование частоты) и широко используется на практике (в частности, используется при «разнесённом приёме» – сигналы различаются как по частоте (частотный план), так и по поляризации).

При пространственном разделении каналов (ПРК) учитывается распределенность ЗС в пространстве, что позволяет экономить полосу частот сети за счет многократного использования частоты. ПРК предусматривает использование многолучевых бортовых приемопередающих антенн и может быть практически применено в сочетании с другими способами уплотнения.

44.
Многостанционная
работа
с
частотным
разделением каналов при работе через геостационарный
КА связи {FDMA - Frequency Division Multiple Access}.
На практике полоса пропускания аппаратуры геостационарного КА должна быть согласована с полосой частот полезных сигналов: ∆𝐹 = 𝑏∆𝑓 , где 𝑏 > 1 ─ величина запаса по полосе частот, связанная с наличием защитных частотных интервалов между каналами, и обычно при ЧРК равная 1,2 − 1,6.
С учетом сделанных замечаний выражение для требуемой мощности передатчика РТР принимает следующий вид
𝑃
2
=
𝑁
2
∆𝑓𝐿
Н
𝑛
𝛽(𝛼 − 1)𝐵
∗ (𝛼ℎ
п
2
𝐿
п
+ 𝑏𝐵).
FDM сигналы, подобные телефонным, имеющие одну боковую полосу шириной 4 кГц, обрабатываются с использованием FDM, в результате чего формируется составной многоканальный сигнал FM. Составной сигнал модулируется несущей и передается на спутник. FDMA поддиапазоны полосы транспондера (36 МГц) могут распределяться между различными пользователями.
Каждому пользователю выделяется определенная полоса, на которой он получает доступ к транспондеру. Составные каналы FDM модулируются
(FM), после чего информация передается на спутник, будучи распределенной по различным полосам в соответствии с системной FDMA.

45.
Многостанционная
работа
с
временным
разделением каналов при работе через геостационарный
КА связи {TDMA - Time Division Multiple Access}.
При использовании ВРК передача информации через РТР осуществляется кадрами фиксированной длительности 𝑇к .
Кадры разбиваются на 𝑛 слотов длительностью 𝑇сл = 𝑇к 𝑛 , закрепляемых за одной из ЗС сети, в который она «вставляет» свои информационные посылки в виде пакетов фиксированного объема.
Энергетические соотношения при ВРК могут быть получены из результатов предыдущего раздела подстановкой
𝐿н = 𝐿𝑝 = 𝑏 = 1. Отсутствуют: перекрестные помехи, обусловленные многосигнальным режимом работы УМ РТР; энергетические потери, связанные с разбалансом мощностей полезных сигналов на входе РТР; защитные частотные интервалы между каналами:
𝑃
2
=
𝑁
2
∆𝑓𝐿
Н
𝑛
𝛽(𝛼 − 1)𝐵
∗ (𝛼ℎ
п
2
𝐿
п
+ 𝑏𝐵).
При ВРК энергетический выигрыш бортовой аппаратуры
РТР по сравнению с ЧРК с учетом сделанных в предыдущем разделе замечаний составит ориентировочно 5 − 9 дБ, что позволяет ожидать увеличения при том же РТР пропускной способности сети в 3 − 7 раз.
С другой стороны, при ВРК полоса частот, занимаемая каждой станцией сети равна 𝑛∆𝑓 и
𝑃
1
=
𝛼ℎ
п
2
𝑁
1
∆𝑓
𝛼𝐵
При ВРК ЗС работают в импульсном режиме, излучая в среднем такую же мощность, что и при ЧРК, но требуют

передатчиков с пиковой мощностью в 𝑛 раз большей. Поскольку пиковая мощность во многом определяет стоимость оборудования, это является достаточно серьезным недостатком
ВРК. Каждый передаваемый пакет для синхронизации аппаратуры приемной станции снабжается синхропосылкой.
Типовая структура пакета при ВРК
Синхропосылка содержит как минимум три основных фрагмента — сигнал для захвата частоты и фазы принимаемого колебания, сигнал для выделения тактовой частоты принимаемых символов, сигнал для определения начала информационной части
(первого значащего бита) принимаемого пакета — преамбулу.
Для увеличения коэффициента использования пропускной способности канала связи естественно желание сделать служебные синхропосылки возможно короче. В ССС, использующей КА на ГСО, этому во многом способствует относительно небольшой разброс параметров принимаемых сигналов и низкая динамика их изменения.
Захват частоты и фазы принимаемого несущего колебания и тактовой частоты обычно осуществляется при помощи петель
ФАП, инерционность которых определяется шумовой полосой пропускания ∆𝑓ш.

С точки зрения быстроты вхождения в синхронизм ∆𝑓ш необходимо увеличивать. С другой стороны, в режиме слежения при обработке информационного сигнала увеличение шумовой полосы приводит к росту флуктуации фазы опорного колебания и соответствующему энергетическому проигрышу.
Для каналов связи через КА на ГСО компромиссным считается выбор ∆𝑓ш ≈
0,1∆𝑓
/
В
. При этом отношение сигнал/шум в полосе ФАП примерно 10ℎ
2
п
≫ 1.
Начальная расстройка частоты принимаемого сигнала ∆𝑓𝑝 оказывается относительно небольшой (обычно ∆𝑓𝑝 ≪ ∆𝑓ш и поиск по частоте не требуется). В этих условиях суммарное время вхождения в синхронизм по несущей и тактовой частотам имеет порядок 100 длительностей информационных символов.
Сигнал преамбулы во избежание ложных захватов должен иметь автокорреляционную функцию с низким уровнем боковых выбросов.
По знаку отклика согласованного фильтра, обрабатывающего преамбулу, идентифицируется текущий режим работы канала (прямой или обратный).

46.Многостанционная
работа
с
кодовым
разделением каналов при работе через геостационарный
КА связи {Code Division Multiple Access}.
РКФ – разделение каналов по форме. При РКФ уплотняемые сигналы перекрываются и во времени и по спектру. Для любой пары сигналов 𝑆
𝑖
(𝑡) и 𝑆
𝑗
(𝑡) из ансамбля ортогональных сигналов должно быть выполнено условие:
∫ 𝑆
𝑖
(𝑡) ∙ 𝑆
𝑗
(𝑡) 𝑑𝑡 = 𝑓(𝑥) = {
0 при 𝑖 ≠ 𝑗
𝐸 при 𝑖 = 𝑗
𝑇
0
(13.1) где 𝑡 — длительность сигналов, 𝐸 — энергия.
При РКФ в качестве поднесущих используют цифровые периодические широкополосные манипулирующие последовательности:
𝑚−последовательности, последовательности Голда, последовательности на базе функций Уолша.
Такие последовательности ортогональны лишь при строгом совпадении во времени их периодов. Добиться совпадения периодов манипулирующих последовательностей на входах приемников ЗС невозможно, поэтому при РКФ возникает дополнительный вид помех
— шумы неортогональности, обусловленные неортогональностью поднесущих.Шум неортогональности не может быть подавлен увеличением мощности полезного сигнала, а лишь расширением полосы частот передаваемых сигналов и при ∆𝐹 →
∞, ℎ
2
→
𝑃
𝑐
𝑁∆𝑓
и
⁄
. − отношение сигнал/шум.
Запишем результирующее отношение сигнал/шум на входе
ЗС:
ℎ
2
=
𝑝𝛽𝑃
2
𝑁
1
𝛽𝑃
2
∆𝑓
и
+(𝑛−1)𝑝𝛽𝑃
2
∙
∆𝑓и
∆𝐹
+𝑁
2
𝑛𝑝∆𝑓
и
+𝑁
1
𝑁
2
∆𝑓
и
∆𝐹
(13.26)
ℎ2 1
=
𝑝
𝑁
1
∆𝑓
и
⁄
— отношение сигнал/шум в канале вверх в полосе частот информационного сигнала;
ℎ2 2
=
𝛽𝑃
2
𝑁
2
∆𝑓
и
𝑛
⁄
— отношение сигнал/шум в канале вниз без учета переизлучения шумов канала вверх и наличия шумов неортогональности, из (13.25) получим:
ℎ
2
=
ℎ2 1
ℎ2 2
ℎ2 1
+ℎ2 2
+(𝑛−1)ℎ2 1
ℎ2 2
∙
∆𝑓и
∆𝐹
+
∆𝐹
∆𝑓и
. (13.27)

В знаменателе соотношения (13.26) третье слагаемое учитывает отрицательное влияние шумов неортогональности, а четвертое — отбор мощности полезного сигнала на переизлучение шумов канала вверх в канал вниз. При расширении спектра передаваемых сигналов влияние шумов неортогональности ослабевает, а отбор мощности растет.
При достаточно большом числе каналов, когда справедливо (𝑛 − 1) ≈ 𝑛, это оптимальное значение равно:
(
∆𝑓
∆𝑓
и
)
𝑜𝑝𝑡
= ℎ
1
ℎ
2
. (13.28) и ℎ
2
=
ℎ2 1
ℎ2 2
(ℎ
1
+ℎ
2
)
2
. (13.29)
Задавшись величиной превышения порогового значения отношения с/ ш в канале «вверх» — ℎ2 1
= 𝑎ℎ2
𝑛
, можно найти требуемое отношение с/ш в канале «вниз» и оптимальный коэффициент расширения полосы частот:
ℎ2 2
=
𝑎(1+√𝑎)
2
(𝑎−1)
2
∙ ℎ2
𝑛
,
(
∆𝑓
∆𝑓
и
)
𝑜𝑝𝑡
=
𝑎
3 2
⁄
∙(1+√𝑎)
(𝑎−1)
∙ ℎ2
𝑛
(13.30) обменные соотношения между ℎ2 1
и ℎ2 2
,обеспечивающие результирующее отношение сигнал/шум ℎ2 1
= 10 для РКФ говорят, что использование РКФ приводит к необходимости недопустимо большого расширения полосы частот сигналов (не менее чем в 70 раз), причем даже в этом случае энергетический проигрыш РКФ ВРК при больших значениях ℎ2 1
составляет около 3 дБ, а при малых ℎ2 1
может превышать 10 дБ.

47. Зависимость шумовой температуры земной и
бортовых антенн от частоты.
Рассмотрим шумовую температуру приемных антенн.
Собственная шумовая температура современных антенн, обусловленная потерями в её элементах, незначительна, поэтому реальный вклад вносят внешние источники теплового шума.
Шумовая температура приемной антенны ЗС (при условии, что Земля не попадает в пределы главного лепестка ДН) равна:
𝑇
𝑎
= 𝑇
ат
+
𝑇
к
𝐿
𝑎
+ 𝛼𝑇
зак
. (15.17) где 𝑇
к
— шумовая температура, обусловленная шумами космического радиоизлучения; 𝑇
ат
— шумовая температура атмосферы; 𝑇
зак
— компонента, обусловленная тепловым излучением Земли и отражением от неё атмосферного и космического шума; 𝐿
𝑎
− потери в антенне.
Коэффициент 𝛼, учитывающий прием результирующего шумового излучения Земли только по боковым лепесткам ДН обычно лежит в пределах 𝛼 ≈ 0,2 − 0,4. Рассмотрим основные протяженные источники шумового радиоизлучения — Землю, атмосферу и космическое пространство. Шумовая температура космического пространства существенно зависит от направления приема и может различаться в несколько десятков раз.
Частотная зависимость результирующей шумовой температуры Земли приведена на рисунке 15.8, из которого следует, что на частотах выше 15 ГГц 𝑇
зак
≈ 285°,а в диапазоне частот 0,5 − 30 ГГц относительное изменение результирующей шумовой температуры Земли не превышает 25%. Резкий рост
𝑇
зак на частотах ниже 1 ГГц обусловлен влиянием космических шумов.
Результирующее шумовое излучение Земли и шумы атмосферы воспринимаются бортовыми антеннами через основной лепесток ДН, а космические шумы — через боковые, поэтому для бортовых антенн справедливо следующее соотношение:
𝑇
аб
= 𝑇
ат
+
𝑇
зак
𝐿
а
+ 𝛼𝑇
к
. (15.26)

Рисунок
15.8
–
Шумовая температура Земли
(𝑇
зак
) и отраженных шумов атмосферы и космического пространства
Зависимость шумовой температуры земной и бортовых антенн от частоты, рассчитанная по приведенным соотношениям для случая максимального уровня космических шумов,
𝛼 = 0,3, максимальной интенсивности дождя 4 мм/час и коэффициенте доступности канала 𝐾
д
= 0,99, показана на рисунке 15.9.
Аналогичные зависимости могут быть легко получены и при других исходных данных.
Рисунок
15.9
–
Шумовые температуры приемных антенн.
При выборе диапазона частот естественно воспользоваться критерием минимальных энергетических затрат на организацию канала связи при фиксированной пропускной способности и достоверности передачи, либо, что то же самое, максимальной пропускной способности канала связи при прочих равных условиях.

48.
Способы
борьбы
с
информационными
перегрузками
в
системе
спутниковой
связи
на
геостационарных
космических
аппаратах.
Метод
«скользящего окна».
При использовании бортовой коммутации пакетов статистический характер передаваемых информационных потоков и тяготения передающих и приемных узлов друг к другу может приводить к информационным перегрузкам сети, т.е. появлению ситуаций, когда в части каналов скорость поступления информации на вход превышает их пропускную способность.
При этом часть предназначенных для передачи пакетов теряется из-за переполнения соответствующих БН, либо претерпевает неприемлемо большую задержку при использовании накопителей большой емкости, позволяющих
«сгладить» нестационарность входного трафика.
Можно выделить два способа управления информационными перегрузками:
― управление информационными потоками;
― адаптация параметров сети.
1) Под процедурами управления потоками обычно понимаются правила допуска внешнего трафика в сеть.
Сеть не может разрешить бесконтрольный допуск всего предлагаемого пользователями трафика, так как это может привести к тяжелым информационным перегрузкам и даже блокировке всей сети в целом.
В геостационарной
ССС частичное управление информационными потоками при доступе к каналам «ЗСКА» происходит автоматически: каждый из них не может пропустить через себя больше пакетов в единицу времени, чем позволяет его пропускная способность.
Однако такое локальное управление не гарантирует каналы «КАЗС» от перегрузок, поскольку не исключена концентрация передаваемого по каналам «ЗСКА» трафика в небольшом числе каналов «ЗСКА».
2) В отличие от управления информационными потоками, при котором пользовательский трафик
«подгоняется» под структурные характеристики сети,

адаптация параметров предусматривает изменение характеристик сети под текущие параметры пользовательского трафика.
Методы управления информационными потоками можно подразделить на предупредительные и реагирующие. – при предупредительном управлении информация о текущем состоянии сети не используется, а просто делается попытка предупредить потенциально возможные информационные перегрузки сети на основе анализа запросов пользователей на установление соединения, то есть защититься от перегрузки раньше, чем она случилась.
Основным недостатком предупредительного управления является то, что после установления соединения управление отсутствует, а все решения принимаются на основе только априорной информации и не учитывают реальных характеристик трафика.
– реагирующее управление информационными потоками базируется на замкнутом контуре управления, в котором скорость генерирования информационного потока отправителем регулируется получателем или сетью при помощи передачи в обратном направлении информации о состоянии сети.
Важно заметить, что при реагирующем управлении устранение перегрузки начинается лишь после того, как она произошла, путем попыток снизить степень перегрузки до приемлемого уровня. Типичным примером реагирующего управления является метод скользящего окна, используемый, в частности, в интернетовском протоколе транспортного уровня
[𝑇𝐶𝑃 𝐼𝑃
⁄
]
∗
При использовании метода
«скользящего окна» принимающая сторона при безошибочном приеме очередного пакета подтверждает этот факт посылкой на передающую сторону сигнала подтверждения (положительной квитанции).
Если передающая сторона не получает подтверждения, делается вывод о наличии перегрузки и объем передаваемых пакетов скачкообразно уменьшается.
В случае положительного результата объем передаваемых пакетов плавно увеличивается до максимально допустимого

значения, либо до значения, соответствующего очередной перегрузке.
Метод «скользящего окна» требует достаточно больших служебных затрат и его применение при передаче высокоскоростных информационных потоков неэффективно, в том числе и в геостационарной ССС.