Параметры быстродействия

Авторы: Jean-Luc Issler, Gunter W. Hein, Jeremie Godet, Jean-Christophe Martin, Philippe Erhard, Rafael Lucas-Rodriguez, Tony Pratt

Переход к первой части статьи.

В статье описывается структура частот и сигналов системы Galileo в виде, предложенном Группой разработки сигналов Galileo (Galileo Signal Task Force - STF) Европейской комиссии. STF была учреждена Европейским Сообществом (EC) в марте 2001 года. Под руководством EC, группа STF была составлена из экспертов, предложенных членами Европейского сообщества, официальных представителей национальной администрации по частотам и экспертов из Европейского аэрокосмического агентства (ESA). STF играет главную роль в определении частот и структуры сигнала Galileo. Одной из задач STF является поиск путей оптимизации взаимодействия систем Galileo и Navstar.

В статье рассказано о современных предложениях, касающихся частот и структуры сигналов. Это первое обсуждение основных требований к системе Galileo. В дальнейшем, будет рассмотрено распределение сервисов Galileo по сигналам, с последующим детальным обсуждением параметров (шума и переотражения) на основных участках диапазонов частот. Кроме того, рассмотрены результаты анализа взаимного влияния и помех, а также возможности взаимодействия систем и совместимости с GPS в терминах структуры сигналов с точки зрения геодезии и временной привязки.

Шифрование

В частности, коды шифрования (с доступной по цене лицензией), которые могут быть удалены по требованию с земли, были давно предложены для кодирования сигналов системы коммерческого сервиса (Commercial Service - CS). Шифрование кодов должно быть реализовано как техника управления доступом к данным и кодам без введения множества ограничений и дополнительных условий для пользователей. Введение/удаление шифрования сигнала не должно создавать преград для действующих пользователей, а решение проблем кодирования должно быть результатом поиска компромисса при анализе перспектив будущего рынка коммерческого сервиса (CS) и адекватной защиты, необходимой для безопасности этого рынка.

Распределение сигналов по сервисам

Системы передачи информации должны будут предоставлять пользователям категории сервисного обслуживания указанные в таблице 3. Сигналы “открытого сервиса” (OS) будут использовать незашифрованные кодовые последовательности и навигационные данные в диапазонах E5 и E2-L1-E1. Одночастотные приемники (SF) будут работать с сигналами в диапазонах E2-L1-E1 и E2-L1-E1C, а также смогут принимать кодированные сигналы C/A системы GPS в диапазоне L1. Двухчастотные приемники принимают также сигналы E5a_I и E5a_Q, и в потенциале, сигнал системы GPS в диапазоне L5. Приемники с повышенной точностью (IA) могут также принимать сигналы E5a_I и E5a_Q.

Таблица 3. Распределение сигналов по сервисам системы Galileo

	OS, SF	OS, DF	OS, IA	OS, S o L	CS, VA	CS, MS	PRS
E5a (I, Q)		*	*	*		*
E5b (I, Q)			*	*		*
E6 (A)							*
E6 (B, C)					*	*
L1 (A)							*
L1 (B, C)	*	*	*	*	*	*

CS - коммерческий сервис	PRS - служба общественного регулирования
DF - двухчастотный приемник	SoL - служба скорой медицинской помощи
IA - приемник повышенной точности	SF - одночастотный приемник
MC - многочастотный приемник	VA - канал с добавленной стоимостью
OS - сервис открытого доступ

Служба скорой медицинской помощи (SoL) должна использовать OS кодовые последовательности и навигационные данные на всех частотах диапазонов E5 и E2-L1-E1. Коммерческий сигнал CS также должен работать с OS кодовыми последовательностями и навигационными данными в диапазонах E2-L1-E1B и E2-L1-E1C, а также с дополнительными шифрованными данными и кодовыми последовательностями сигналов E6_B и E6_C. В дополнение к этим сигналам многочастотный дифференциальный коммерческий канал CS использует нешифрованные кодовые последовательности OS и навигационные данные на несущих частотах сигналами E5a и E5b. Сигналы Служб общественного регулирования должны использовать шифрованные PRS кодовые последовательности и навигационные данные в диапазонах E6 and E2-L1-E1 представленные сигналами E6_A и E2-L1-E1_A.

Возможности системы Galileo для аварийно-спасательных служб (SAR)

Сигналы бедствия службы спасения SAR (от вызовов излучающих сигнальных маяков до операторов службы SAR) будут обнаружены спутниками Galileo в диапазоне частот 406.0 - 406.1 МГц и затем пересланы на специализированные наземные станции на частотах диапазона 1544 – 1545 МГц, обозначенного как L6 (ниже навигационного диапазона E2 зарезервированного за аварийными службами). Обратный сигнал с данными SAR (от SAR операторов до маяка, излучающего сигнал бедствия), который необходим для подтверждения получения сигнала тревоги и координации спасательных команд будет добавлен в данные сервиса открытого доступа OS и передан с несущей частотой в диапазоне частот E2-L1-E1.

Параметры быстродействия

Рис. 2. Погрешности от переотраженных сигналов: зеленый - BOC(15,10), черный - BOC(10,5), голубой - BPSK(10), красный - BPSK(5).

Комплексная оценка быстродействия и эксплуатационных характеристик сигнала в системе Galileo в настоящее время еще проводится. Главное отличие сигнала системы Galileo от излучаемого сигнала системы NAVSTAR заключено в использовании схемы модуляции BOC (в перспективе Alt BOC) и, как следствие, более широкой полосы занимаемых частот для большинства сигналов.

В этом контексте влияние ошибок обработки кодов псевдодальностей на важнейшие параметры приборов всегда связывают с влиянием температурных шумов. В таблице 4 показан нижний предел “Cramer-Rao” этих значений для всех сигналов системы Galileo и сигналов C/A системы NAVSTAR, а также всех сигналов NAVSTAR в диапазоне L5. Полагая цикл задержка-захват приемника имеющим полосу пропускания в 1 Гц, мы используем значение 205 dbW для преобразования минимальной принимаемой энергии в широко распространенное отношение сигнал-шум. Мощности преобразованных одночастотного и сервисного (т.е. с каналами данных и “пилот” сигнала) взаимосвязаны.

Табл. 4 показывает, что сигнал BOC демонстрирует низкий уровень ошибок обработки кодов псевдодальности, т.к. большая спектральная плотность мощности размещена на нижней и верхней границах частотного спектра, а не в центре, что характерно для BPSK и QPSK сигналов. В результате, предполагается, что функция автокорреляции сигнала BOC имеет множественные пики, что в свою очередь, приводит к необходимости изменения рабочего алгоритма приемника для корректировки центральных пиков.

Таблица 4. Погрешность кодовой последовательности, обусловленная температурным шумом.

Обрабатываемые сигналы	Модуляция	Мощность (dbW)	Ширина полосы частот сигнала (MHz)	Шумы кодирования (см)
E5a и E5b	BPSK (10)	-155		4.6
E5a + E5b не связанные	BPSK (10)	-152		3.2
E5a + E5b связанные	BOC (15.10)	-152		0.8
E6A	BOC (10.5)	-155		1.7
E6B + E6C	BPSK (5)	-155		6.2
L1A	BOC (14.2)	-155		1.2
L1B + L1C	BOC (2.2)	-155		5.5
NAVSTAR C/A	BPSK (1)	-160		23.9
NAVSTAR L5	BPSK (10)	-154		4.1

Рис. 3. Погрешности от переотражений: черный - BOC(2,2), красный - BOC(14,2), голубой - BPSK(1).

Большая ширина полосы частот сигнала позволяет использовать весьма ограниченную область корреляции. Малый температурный шум и низкий уровень кодовых наложений в результате дают определенный выигрыш. Погрешность от кодовых наложений значительно отличается для BOC и BPSK сигналов, как показано на рисунках 2 и 3, соответственно. Эти два рисунка основаны на данных кодового дискриминатора с общей областью дискриминации d 5 1/14, что наглядно позволяет сравнивать все сигналы и визуально корректировать центральные пики сигнала BOC(14,2). Любой переотраженный сигнал слабее на 23 dB прямого сигнала. (Следует отметить, что обычно диапазон амплитуд переотраженных сигналов лежит в пределах от 27 dB до 210 dB).

Рисунки 2 и 3 показывают, что характеристики переотражений для сигналов BOC, как правило, лучше, чем для сигналов BPSK.

Совместная корректировка в диапазонах E5a и E5b имеет экстремально низкие погрешности корректировки кодов от влияния температурного шума (смотри линию 3 в табл. 4) и хорошие характеристики уменьшения влияния переотражений. Если корректировку в диапазонах E5a и E5b проводить раздельно (т.е. несвязанно), как для сигнала QPSK(10) и совмещать после раздельной корректировки (т.е. усреднить полученную в диапазонах E5a и E5b псевдодальность), характеристики выигрыша получаются значительно скромнее (смотри линию 2 в табл. 4).

Дата добавления: 2015-10-24