Параметры и конфигурации спутника.

Аппаратный комплекс спутника для приема сигнала восходящего канала, преобразования и передачи сигнала нисходящего канала, называется транспондером.

Классификация:

А) зона обслуживания (глобальные, региональные или национальные)

Б) тип услуг (службы связи, радиовещание, мобильные службы)

В) характер использования: коммерческие, военные, любительские или экспериментальные.

Особенности спутниковой связи в отличие от наземной:

- большая зона обслуживания

- мощность и выделенная ширина полосы весьма ограничены

- условия связи более стабильны

- затраты на связь почти не зависят от расстояния спутник-станция земля.

- высокая скорость передачи и высокое качество информации

- задержка (0,24 с.) сигнала.

Спутниковые орбиты:

1. Круговые, эллиптические.

2. Экваториальные, полярные, наклонные.

3. Геостационарные, средние, низкие (MEOS, LEOS), (5-12 тыс.км.; 500 – 1500 км).

Угол возвышения: не может = 0, т.к. сильно влияние атмосферы (поглощение, шум)

- угол охвата. Задает окружность на поверхности земли при заданном

Зона обслуживания:

Геостационарные (отлич.от геосинхронных) спутники:

Их преимущества от других:

- отсутствует эффект Допплера

- их легче отслеживать

- зона обслуживания ~ 1/4 земной поверхности (3 спутника покроют всю землю)

Недостатки:

- большее затухание

- полярные области недоступны

- большая задержка сигнала (при телеф.разговорах 0,5с)

- для двухточечных приложений выделенный или спектр частот используется неэкономично.

Спутники на низких околоземных орбитах (LEOS)

- высота 500 – 1500 км.

- период обращения 1,5 – 2 ч.

- диаметр зоны обслуживания ~ 8000 км.

- суммарная задержка < 20 мс.

- время видимости с земли 20 мин.

- значительные доппл.сдвиги.

- влияние атмосферы меняет орбиту.

- система связи должна содержать несколько спутников

- сигнал с них сильнее.

Напр., система Globalstar содержит 48 спутников

Спутники МЕО (5000 – 12000 км), период ~ 6 ч,

d-зоны обслуживания 10 – 15 т. км., задержка 50 мс, время радиовидимости – несколько часов. Проект ICO вкл. 12 спутн.

Таблица 1.1. Полосы частот для спутниковой связи

Полоса	Диапазон частот, ГГц	Суммарная ширина полосы, ГГц	Распространенные приложения
L	1-2		Мобильная спутниковая связь (MSS)
S	2-4		Службы MSS, NASA, исследование дальнего космоса
C	4-8		Спутники стационарной службы связи (FSS)
X	8-12,5	4,5	Военные службы FSS, исследования Земли и метеорологические спутники
Ku	12,5-18	5,5	Службы FSS, радиовещательные спутниковые службы (BSS)
K	18-26,5	8,5	Службы FSS и BSS
Ka	26,5-40	13,5	Службы FSS

Распределение пропускной способности спутниковых систем.

Уплотнение с частотным разделением (FDM).

Вся полоса (~500 Мгц) геостац.спутника делится на ряд (24) каналов (~40МГц). Распределение полос каналов может динамически меняться (со спутника или с земли). Между каналами защитная полоса 4 МГц.

24 канала реализуются благодаря двойному использованию несущих каждого канала (разные поляризации). Кол-во подканалов, на которые можно разбить спутниковый канал с помощью технологии FDMA (frequency division multiply access) – множественный доступ с частотным разделением. Ограничено тремя факторами: тепловой шум, комбинационные помехи, перекрестные помехи.

Возможны 2 формы FDMA:

1. Множественный доступ с фиксированным распределением (FAMA) – из-за непостоянства спроса большой % простоя каналов.

2. Множественный доступ с распределением по запросу (DAMA) – более полно используется полоса.

Уплотнение с временным разделением (TDM). Находит все большее применение, т.к.:

А) снижение стоимости цифровых составляющих

Б) возможность исправления ошибок в цифровых методах

В) отсутствие комбинационных помех

Множественный доступ реализуется схемами FAMA – TDMA; DAMA – TDMA

Типичный кадр для нескольких передатчиков.

Принцип сотовой связи

1. Организация сотовой связи.

Передатчики в узлах. D < 100 Вт

Каждой ячейке выделяется 10 – 50 частот, в зависимости от планируемой нагрузки.

Частоты используются многократно (для удаленных ячеек, чтобы не было интерференции)

Пусть система состоит из N ячеек, для каждой выделяется одинаково число частот системы. При К=395 и N=7, K/N=57 частот. Для характеристики повторного использования частоты существуют следующие параметры:

D – минимальное расстояние между центрами одночастотных ячеек;

R – радиус ячейки;

d – расстояние между центрами ячеек ()

N – число ячеек в минимальном фрагменте, периодическим повторением которого образуется вся схема (каждая ячейка фрагмента использует уникальную полосу частот)

N -> кратность использования.

В шестиугольной схеме возможны значения N:

, i,j=0,1,2,3…, т.е: 1,3,4,7,9,12,13,16,19,21 и т.д.

Увеличение пропускной способности.

- Добавление новых каналов с ростом нагрузки.

- Заимствование частот у смежных ячеек.

- Расщепление ячеек (уменьш.радиус и увел.число станций)

Исх. Ячейка 6,5 – 13 км., до 1,5 км. При этом снижают мощность микроячеек и требуется их переключение при движении объекта.

	Макроячейка	Микро ячейка
Радиус ячейки	1-2 км	0,1-1 км
Мощность передаваемого сигнала	1-10 Вт	0,1-1 Вт
Средний разброс задержек	0,1-10 мкс	10-100 нс
Максимальная скорость передачи данных	0,3 Мбит/с	1 Мбит/с

Работа сотовой системы:

Между телефоном и базовой станцией можно установить каналы связи двух типов: каналы управления и информационные каналы. Каналы управления -> поддержание звонка, канал информации -> передача данных.

Этапы связи:

1. Моб.проводит сканирование и выбирает самый сильный настроечный сигнал от разных ячеек и выбирает антенну станции (обычно, ближайшую) через которую будет действовать. Далее выполняется квитирование между моб. и MTSO (для опознания пользователя и регистрации его местоположения). Процедура сканирования периодически повторяется и если моб. перемещается в зону новой базовой станции, происходит переключение на нее.

2. Звонки с моб. (N абонента -> MTSO)

3. MTSO -> N -> всем базовым станциям -> передают вызов в настроечном канале.

4. Вызываемый абонент распознает свой N в настр.канале и отвечает данной (выбранной) баз.станции, а она (БС) -> MTSO.

MTSO выбирает информационные каналы и передает на обе БС, которые передают данные мобильникам, а они выбирают его и передают информацию.

5. Переключ.инф. каналов при движении моб-ов:

Локальные сети на основе Bluetooth

Спецификация «Bl» описывает пакетный способ передачи информации с временным мультиплексированием.

Радиообмен происходит в полосе частот 2400 – 83,5 Мгц с применением метода расширения спектра посредством частотных скачков и двухуровневой частотной модуляции.

Вся полоса (~80 Мгц) делится на каналы по df=1Мгц. Канал представляет собой псевдослучайную последовательность (ПСП) скачков по 79 (Европа, США) или 23 (другие) радиочастотным подканалам.

Каждый канал делится на временные сегменты по 625 мкс., причем каждому сегменту соответствует определенный подканал. Передатчик в каждый момент времени использует только 1 подканал. Скачки f в приемнике и передатчике происходят синхронно в заранее зафиксированной ПСП. За секунду 1600 скачков.

Если в каком-либо подканале пакет искажен или не принят, то приемник сообщает об этом и пакет повторяется на другом подканале, уже на другой частоте.

Протокол «Bl» поддерживает соединения типа точка-точка, точка-многоточка

В одной пикосети может быть до 7 активных подчиненных устройств, при этом остальные подчиненные устройства находятся в состоянии «парковки», оставаясь синхронизированными с основным устройством. Пикосети не синхронизированы друг с другом по времени и частоте.

Каждая пикосеть использует свою последовательность частотных скачков. В одной же пикосети все устройства синхронизированы по времени и частоте. Длина цикла ПСП составляет 2^27 элементов.

В стандарте «Bl» предусмотрена дуплексная передача на основе разделения времени.

Передаваемые пакеты могут занимать до 5 временных сегментов.

Протокол «Bl» может поддерживать асинхронн.канал данных и до 3-х синхронных (с постоянной скоростью) голосовых каналов, или канал с одновременной асинхр. передачей данных и синхр.передачей голоса. Голосовой канал – 64 кбит/с. Синхр.соедин. (SСО) возможно, только в режиме точка-точка.

Стандартный пакет «Bl» содержит код доступа (72 бита), заголовок (54 бита) и информ. поле (<2745 бит). Однако, могут быть пакеты и другие.

Основные (аппаратные) протоколы взаимодействия:

1. Протокол управления связью.

2. Протокол логического управления связью и адаптации (мультиплексирование и перекомпоновку пакетов)

3. Протокол определения служб (SDP). Позволяет определить тип и характеристики взаимодействующих устройств.

4. Протокол обеспечения эмуляции последовательного порта.

5. Протокол управления телефонной (TCS) – управление передачей голоса и данных.

6. Протокол обмена объектов (ОВЕХ) – для работы разных пользовательских приложений через «Вl» и других коммуникационных интерфейсов.

UWB – Свехрширокополосая связь для локальных сетей.

Используются короткие (0,1 – 20 нс) импульсы (моноциклы Гаусса, рис.1) с интервалом 2 – 5000 нс. Производная от ф-ии Гаусса:

(1), где А – амплитуда импульса, - временная константа, характеризующая затухание.

Спектральная плотность сигнала:

(2).

Центральная частота такого сигнала и по уровню (-3дб) полоса сигнала ограничена частотами fL=0,319fc и fn=1,922fc и составляет 160% от fc (для 0,5 нс):

Если идет регулярная последовательность таких импульсов, то спектр (рис.2) будет гребенчатым и может интерферировать с другими устройствами.

Информация кодируется в такой последовательности путем временной позиционно-импульсной модуляции:

Смещение 0\1. Серии смещенных импульсов (несколько сот) интегрируются или синхронно накапливаются, в результате формируются цифровые сигналы 0, 1.

Для разделения каналов передачи «штатное» положение каждой серии импульсов сдвигается на время, пропорциональное текущему значению псевдослучайной последовательности (т.е. разделение путем временных скачков). При этом спектр сигнала из гребенчатого становится сглаженным и не мешает другим р/т системам работать в той же полосе.

Удается реализовать 200 – 1000 дуплексных каналов (64 кбит/с) на одну станцию при использовании системы ортогональных. кодов (как в CDMA).

Приемное устройство импульсного радио представляет собой приемник (детектор) прямого преобразования и коррелятор, т.к. синхронный приемник без fпч (fпч=0) с системой ФАПЧ, где частота гетеродина заменяется импульсной последовательностью позволяющей выбрать канал связи. Будучи синхронизированным с передатчиком и зная ПСП канала, коррелятор формирует выходной сигнал.

Достоинством импульсного радио является отсутствие интерференции прямо распространяющегося сигнала с его отражением от разных объектов, что особенно важно для связи внутри помещений. Кроме того, благодаря широкополосности затухание короткоимпульсного сигнала в различных средах достаточно мало – короткие импульсы легко проходят сквозь различные препятствия, поскольку подавление сигнала происходит не во всем диапазоне. С такими сигналами делают локаторы, «просвечивающие» стены и толщи земли вглубь.

Литература.

1.С.В. Кунегин

“Системы передачи информации”. Курс лекций, М:; В/Ч 33965, 1997,- 317с.

2.В.И. Иванов, В.И. Гордиенко

“Цифровая и Аналоговая система передачи”. Москва, горячая линия – телеком 2003.

3.Столлингс В. «Компьютерные системы передачи данных», 6-е изд. - М.: Издательский дом "Вильямс", 2002

4.Столлингс В. «Беспроводные линии связи и сети»,- М.: Издательский дом "Вильямс", 2003

5.И.Шахнович «Современные технологии беспроводной связи», - М.: Техносфера, 2004

6.Гаранин, Журавлев, Кунегин,системы и сети передачи информации, 2001.

Дата добавления: 2015-08-05