Нелинейные эффекты при частотном разделении

При МДЧР возникают следующие эффекты:

- потери выходной мощности ретранслятора в многосигнальном режиме;

- подавление слабых сигналов сильными,

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

- интермодуляционные помехи АМ-ФМперехода, т.е. помехи из-за преобразования амплитудной модуляции сигналов в фазовую.

Эффект снижения (потери) выходной мощности ретрансляторанаиболее полно проявляется при работе в области насыщения. Применительно к характеристике ретранслятора представленной в виде характеристики жесткого ограничителя с ненулевым порогом показано, что при усилении одного гармонического сигнала выходная мощность, нормированная относительно мощности насыщения P_q определяется из выражения:

, (2.6)

где Р = P_{1 вх}/P_q

и при большой мощности входного сигнала, соответствующей заходу в область насыщения (P_{1 вх}>> P_q ) имеем,

При одновременном усилении двух гармонических сигналов их суммарная выходная мощность равна 0,65Р₀, а при усилении большого числа сигналов т.е. для шумовой модели:

, при Р → ∞

Отсюда следует, что потери выходной мощности в многосигнальном режиме относительно односигнального составляют 1...1.5 дБ.

Физически это можно объяснить расходом мощности на образование

гармонических составляющих и перекрестные продукты.

Коэффициент подавления принято определять в виде отношения средних мощностей сигналов на входе и выходе нелинейного тракта:

(2.7)

Значения коэффициента подавления:

для четырехсигнальной модели К_п = – 2,5 дБ,

для шумовой модели К_п = –1 дБ.

При анализе многостанционных систем с частотным разделением наиболее важным и определяющим является эффект образования комбинационных помех из-за нелинейности передаточной характеристики тракта.

Практически используют два основных метода анализа:

1. гармонический, основанный на представлении передаточной характеристики нелинейного элемента в виде полинома нечетной степени от входного сигнала и вычислении комбинационных продуктов в виде суммы компонентов разложения степенного ряда.

2. Корреляционный,предусматривающий представление передаточной характеристики в виде интеграла вероятности с последующим вычислением корреляционной функции и энергетического спектра выходного сигнала.

Наиболее прост и физически очевиден первый метод; онудобен для малого числа входных сигналов, так как при их увеличении значительно усложняются тригонометрические выкладки, а второй метод является универсальным, т. к. корреляционная функция вычисляется для любого числа сигналов. Однако наиболее простое решение получается при шумовой модели входного сигнала.

Эффект АМ-ФМ преобразования обусловлен тем, что в тракте ретранслятора имеются элементы (в особенности выходная ЛБВ), у которых вносимый ими фазовый сдвиг зависит от уровня сигнала, т.е. чем больше входной сигнал, тем больше фазовый сдвиг между входным и выходным сигналом. Соответственно эти элементы являются преобразователями амплитудной модуляции сигнала в фазовую и при многостанционном доступе порождают переходные помехи двух типов: внятные и невнятные.

Помехи 1-го типа обусловлены тем, что сигнал (модулированный, например, по частоте), проходя через тракт с неравномерной частотной характеристикой (например, передатчик ЗС), приобретает паразитную AM в соответствии с законом частотной модуляции, происходит переход ЧМ в AM. После прохождения через элемент с АМ-ФМ преобразованием эта паразитная AM преобразуется в паразитную ФМ каждого из усиливаемых сигналов, и после демодуляции дает внятную помеху в НЧ канале каждого из сигналов.

Помехи 2-го типа АМ-ФМ перехода обусловлены тем, что при МД огибающая суммарного сигнала не постоянна, а изменяется с частотой биений между ее составляющими; соответственно после прохождения элемента с АМ-ФМ преобразованием в фазе каждого из сигналов будут содержаться продукты этих биений.

Следует учесть, что коэффициент преобразования АМ-ФМ зависит от выходной мощности, поэтому, изменив рабочую точку на характеристике ретраслятора, можно изменить уровень помех этого происхождения.

Для оценки эффективности метода МД (2.1) необходимо рассчитать основные параметры системы, состоящей из n земных станций общей емкостью N основных цифровых потоков (ОЦП) по 64 кбит/с и исследовать зависимость

N = f(n).

При этом предполагается, что N¹ (емкость каждой станции) одинакова, передача осуществляется методом двух- или четырехфазовой манипуляции, отношение Р_с/Р_ш в полосе 64 кГц составляет 9 дБ на линии «вниз» и 8 дБ —- на спутниковом участке в целом (с учетом линии «вверх»).

Первый этап – определение скорости цифрового потока, который может быть передан на одной несущей с заданным отношением сигнал-шум на входе демодулятора ЗС.

Второй этап – определение количества ОЦП Ν = N¹×n, которые могут быть переданы через рассматриваемый ВЧ тракт при двух, трех и более несущих. Результаты такого исследования (рис 2.3).

Рисунок 2.3 Зависимость пропускной способности ретранслятора

при частотном разделении от числа сигналов

Если на каждой из несущих передается одно телефонное сообщение, то эффективным является применение статистического подавления несущих в паузах модуляции. При этом при реальном коэффициенте активности телефонного канала р_а = 0,3, средняя нагрузка ствола ретранслятора при подавлении несущих уменьшается на 5 дБ, это позволяет увеличить число передаваемых несущих в 3 раза (предельная оценка).

МДЧР занимает важное место (по объему организуемых тлф. каналов) в мировых ССС. Причина: простота аппаратурных решений при ЧРК и их преемственность по отношению к традиционной технике РРЛ. При этом в ССС осуществляется передача с ЧРК как групповых сигналов (по 600, 60. 24 и 12 каналов), так и одноканальных тлф. сообщений, передаваемых на отдельных несущих. Последний метод ОКН (один канал на несущую) обеспечивает максимально возможную гибкость и оперативность в перераспределении трафика между ЗС. Пример реализации принципа ОКН – аппаратура типа VSAT, используемая в различных региональных сетях и выделенных системах связи.

Дата добавления: 2015-10-31