Эффект Доплера

Многостанционный доступ с кодовым разделением (МДКР).

МД с временным разделением (МДВР)

МД с частотным разделением сигналов (МДЧР).

Многостанционный доступ (МД).

Под МД понимают возможность обращения (доступа) нескольких ЗС к одному бортовому ретранслятору (БРТР) ИСЗ, при котором все станции могут передавать через этот ствол свои сигналы. МД представляет собой специфическую особенность спутниковой связи, позволяющую повысить эффективность стволов БРТР.

Передатчик ЗС излучает в сторону ИСЗ, одновременно с этим ретранслятором воздействуют сигналы других n-1 земных станций, которые для первого сигнала являются помехой, а также флуктуационный шум участка Земля-Космос. Мощность помех на входе ретранслятора:

;

где S - коэффициент, учитывающий относительное различие мощностей мешающих сигналов;

Р - коэффициент, учитывающий время существования мешающих сигналов.

Наличие в тракте БРТР элементов с нелинейными амплитудными и фазовыми характеристиками приводит к появлению дополнительных помех.

Для того, чтобы исключить взаимное влияние сигналов различных ЗС друг на друга, эти сигналы должны быть разделяемыми (математически-ортогональными). В МД применяют три типа разделения сигналов: по частоте, по времени и по форме.

Метод является наиболее простым и распространенным.

Каждая ЗС передают свои сигналы в отведенном ей участке частотного спектра с полосой частот Δf, модуляция несущей может осуществляться по частоте или по фазе. Между участками спектра Δf предусматриваются защитные частотные интервалы Δf₃. В общем стволе БРТР с полосой частот W передается n радиосигналов, каждый из которых несет N телефонных или иных сообщений. Полное число каналов N = nN. При МДЧР возникают следующие эффекты:

- потери (снижение) выходной мощности ретранслятора в многосигнальном режиме;

- подавление слабых сигналов сильными;

- перекрестные (интермодуляционные помехи) из-за нелинейности амплитудной характеристики;

- эффект АМ-ФМ преобразования - обусловлен тем, что в тракте БРТР имеются элементы (в особенности выходная ЛБВ), у которых вносимый или фазовый сдвиг зависит от уровня сигнала. В результате в случае сигнала с непостоянной огибающей (сумма нескольких синусоидальных сигналов, паразитная AM) проис ходит преобразование AM в паразитную ФМ, которая после демодуляции приводит к появлению внятной или невнятной переходной помехи в НЧ канале.

Для уменьшения влияния всех перечисленных эффектов необходимо снизить уровень продуктов нелинейности в многосигнальном режиме, т.е. работать на линейном участке амплитудной характеристики. А для этого приходится снижать выходную мощность. Таким образом, в многосигнальном режиме использование мощности БРТР значительно снижается, что является одним из главных недостатков систем МДРЧР.

Ортогональность сигналов различных станций достигается тем, что каждой станции сети для излучения сигналов выделяется определенный, периодически повторяющийся временной интервал, длительность которого в общем случае определяется трафиком станции.

Интервалы излучения всех станций взаимно синхронизированы, поэтому они не перекрываются. 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 БРТР в режиме максимальной мощности, т.к. в каждый момент через ретранслятор проходит сигнал только одной станции. По этой же причине отсутствует проблема интермодуляционных помех. Эффективность использования времени работы ретранслятора определяется необходимостью введения защитных временных интервалов между субкадрами.

Рассмотрим формат кадра системы МДВР.

Кадр МДВР содержит сигнал общей синхронизации, передаваемой центральной станцией сети, и информационные пакеты (субкадры) различных ЗС. Субкадр состоит из преамбулы и информационных пакетов, предназначенных различным станциям сети. Преамбула включает в себя защитный временной интервал, сигнал восстановления несущей для синхронизации демодулятора и сигнал начала пакета, показывающий границы информационного пакета.

Одна из основных проблем для систем МДВР - обеспечение синхронной работы ЗС. Аппаратура синхронизации выполняет две задачи: обеспечение синхронной работы при передаче и приеме информации, и вхождение в синхронизм.

Синхронизация при приеме и передаче обеспечивается передачей в системе сигнала кадровой синхронизации. Синхронизация на приеме необходима для определения временного положения субкадров станций-корреспондентов и осуществляется путем детектирования синхросигнала опорной станции. Период повторения этого сигнала и задает кадр системы.

Синхронизация на передачу требуется для удержания собственного излучаемого сигнала в рамках выделенной этой станции субкадра и осуществляется периферийными станциями с помощью управления фазой передачи собственных сигналов в кадре при сравнении ее с фазой синхросигнала.

Вхождение в синхронизм требуется при первоначальном включении станций в работающую сеть после перерыва связи. К процедуре вхождения предъявляются следующие требования: минимальное влияние сигнала вхождения на информационные сигналы работающих ЗС; минимальное влияние информационных сигналов на качество приема сигналов вхождения; малое время вхождения в синхронизм.

В различных системах МДВР нашли применение три способа вхождения в синхронизм:

1. Передача специального сигнала вхождения небольшого уровня в течение времени, необходимого для установления кадровой синхронизации. Способ создает минимальные помехи другим станциям, но время вхождения велико - не
сколько секунд.

2. Установка временных соотношений в системе на основе точного измерения и предсказания траектории движения ИСЗ. При этом способе помехи также не создаются, но требуется наличие сети измерительных пунктов, обеспечивающих очень высокую точность траекторных измерений.

3. Однократная передача короткого синхросигнала полной мощности с последующей регулировкой фазы генератора кадрового синхросигнала. Способ создает кратковременную помеху всем работающим в сети станциям, но аппаратурно реализуется наиболее просто и оказывается предпочтительным в случаях редкого осуществления процедуры вхождения в синхронизм.

В режиме МДЧР сигналы различных ЗС усиливаются БРТР одновременно, но разных частотах, при МДВР сигналы передаются на одной частоте, но усиливаются БРТР в различные интервалы времени, строго распределенные между ЗС.

При МДКР сигналы всех ЗС передаются через ретранслятор одновременно и в одной полосе частот. Каждая передающая ЗС излучает сигнал, имеющий свой индивидуальный код, позволяющий разделить сигналы разных ЗС. В приемнике выделяются сигналы с кодами, предназначенными для данной ЗС. В этих системах используются шумоподобные сигналы (ПШС), обладающие хорошими корреляционными свойствами. Это позволяет разделять их в приемнике с помощью методов корреляционного приема.

Достоинства систем МДКР.

1. Высокая помехоустойчивость, особенно от узкополосной помехи,

2. Закрытость информации, обусловленная кодированием;

3. Низкая спектральная плотность излучаемых сигналов, что обеспечивает условия ЭМС спутниковых систем.

Недостатки систем МДКР:

1. Более низкая эффективность использования полосы частот, т.к. применение ШПС приводит к существенному расширению полосы частот по сравнению с полосой модулирующего сигнала. Поэтому в системах МДКР передают преимущественно низкоскоростную информацию (потоки со скоростью 9,6... 19,2 Кбит/с).

2. Ограниченное число станций в сети, определяемое запасом по помехе М, равному допустимому отношению мощности помехи и сигнала.

В системах МДКР основное влияние на качество передачи оказывают не тепловые шумы приемника, а излучения других станций сети, совмещенные с полезным сигналом, как по частоте, так и по времени. Если сигналы всех n станций сети имеют одинаковый уровень Р, то мощность помех, воздействующих на i-ю станцию сети, равна . Тогда

откуда предельное число ЗС в сети: n = М+1.

В системах МДКР может использоваться как фазовая, так и частотная модуляция. В целом применение техники кодового разделения в спутниковых сетях не налагает каких-либо специфических требований на аппаратуру, и она подобна той, что используется в многоадресных системах с кодовым разделением.

Эффектом Доплера называется явление изменения частоты принятых колебаний из-за взаимного перемещения передатчика и приемника. Относительное изменение частоты у приемника:

Оно будет наибольшим, если передатчик движется относительно приемника по линии связи, т.е. φ=0 или φ=π:

При сближении частота возрастает пропорционально v/c, при удалении - уменьшается. На высоких эллиптических орбитах или несинхронных орбитах низколетящих спутников сдвиг частоты может быть значительным, например, для ИСЗ "Молния" до Δf / f₀ = (1..2)-10^-3. При идеальной ГО доплеровский сдвиг не возникает, в случае реального геостационарного ИСЗ не более 10^-8.

В работе линии связи доплеровский сдвиг вызывает два нежелательных явления.

1. Нестабильность несущей частоты передаваемых сигналов, что особенно сказывается при передаче узкополосных сигналов, в частности одноканальной телефонии по методу ОКН - один канал на несущей.

2. Изменение частоты модулирующих колебаний. Весь спектр растягивается или сжимается в зависимости от направления движения и вместо частоты F на выходе демодулятора частота будет равна F [l+ν(cosφ)/c]. Такое же изменение претерпевает частота следования дискретных сигналов, что неприемлемо в случае синхронных цифровых сетей, где требуется Δf / f₀ = 10^-11. Доплеровский сдвиг в ССС компенсируется с помошью буферных устройств на входе и выходе линии связи.

Дата добавления: 2014-03-11; просмотров: 904; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!