Файл: Основы радиосистем (Лаб_16_описание).pdf

ждую из наземных станций приходят только адресованные ей информационные пакеты. Затем коммутатор переключается на прием сигнала от следующей станции и т.д.

Многостанционный доступ с кодовым разделением каналов

Метод кодового разделения каналов (МДКР) основан на одновременной передаче сигналов нескольких наземных станций в полосе частот ретранслятора, которые разделяются с помощью своего индивидуального кода, излучаемого каждой передающей станцией. В приемнике выделяются сигналы с кодами, предназначенными для данной станции. Индивидуальный код станции вырабатывается по определенным правилам датчиком псевдослучайных последовательностей. Надежное разделение достигается благодаря ортогональности кодовых сигналов отдельных наземных станций.

В системах с кодовым разделением используются шумоподобные сигналы (ШПС). Разделение сигналов разных наземных станций в приемнике обеспечивается с помощью техники корреляционного приема, т.е. путем умножения принятого сигнала на задержанную копию псевдослучайной последовательности.

Системы с МДКР обладают рядом важных свойств. Низкая спектральная плотность излучаемых сигналов улучшает условия электромагнитной совместимости. Они имеют высокую помехоустойчивость, особенно от узкополосных помех. В этих системах, благодаря кодированию, автоматически обеспечивается определенная степень закрытости передаваемой информации.

Основными помехами в системах с МДКР являются не тепловые шумы приемника, а излучения других станций сети, совмещенные с полезным сигналом как по частоте, так и по времени. Это обстоятельство ограничивает число станций в сети. Влияние бортового ретранслятора в системе с МДКР проявляется аналогично системе с МДЧР: имеет место подавление слабого сигнала сильным и появляются дополнительные (интермодуляционные) помехи из-за нелинейных явлений.

Примеры систем спутниковой связи

Система "Интелсат". Через спутники этой системы передается около 2/3 международного телефонного трафика и производится почти весь телевизионный (ТВ) обмен. Наземные станции системы "Интелсат" работают в диапазонах 6/4 ГГц и 14/11 ГГц. Один спутник "Интелсат IV А" обслуживает около 6000 дуплексных телефонных (ТЛФ) каналов и две телевизионные программы; "Интелсат V" – 12000 ТЛФ каналов и две телевизионные программы; "Интелсат VI" – 35000 каналов и три телевизионные программы. На спутнике "Интелсат IV" и "Интелсат IV А" используют только диапазон 6/4 ГГц, при этом на "Интелсат IV А" применяется повторное использование частот за счет пространственного разделения восточного и западного лучей антенной системы. На "Интелсат V" и "Интелсат VI" с целью увеличения его пропускной способности, кроме диапазона 6/4 ГТц, применен диапазон 14/11 ГГц, а также метод повторного использования частот за счет ортогональной поляризации.

К настоящему времени в системах типа "Интелсат" для передачи сигналов телефонии применяется МДЧР в двух вариантах: 1) передача на одной частотно-модулированной несущей группы стандартных разделенных по частоте телефонных каналов и 2) передача на одной несущей одного телефонного канала. (Этот метод называют один канал на несущую, сокращенно ОКН). При передаче телефонных сообщений методом ОКН используются аналого-цифровое

7

преобразование сигнала канала тональной частоты методом ИКМ и фазовая манипуляция несущей. В трех стволах организована работа в режиме МДВР со скоростью 120,832 Мбит/с, пропускная способность ствола при цифровой интерполяции речи – 1500 дуплексных телефонных каналов.

Российская система "Орбита-2". Эта система имеет следующие основные характеристики: частота несущего колебания на участке спутник – Земля 3875 МГц; спутники – "Мол- ния-З", геостационарные "Радуга" и "Горизонт"; плотность потока мощности сигнала, создаваемая спутником у поверхности Земли – не менее 2,5·10-14 Вт/м2 (–136 дБВт/м2).

Стволы спутников "Радуга" и "Горизонт" с указанной выше частотой работают на направленные антенны (диаграмма направленности 9° х 18°). Ствол спутника "Молния-3" работает на глобальную антенну (17° × 17°), но благодаря более высокой мощности бортового передатчика (40 Вт) создается необходимая для работы станций "Орбита" плотность потока мощности сигнала у поверхности Земли. Вид модуляции – частотная; пиковая девиация частоты несущей ±15 МГц. Передача звукового сигнала телевидения осуществляется на поднесущей частоте 7 МГц с девиацией частоты ±150 кГц, девиация несущей сигналом поднесущей примерно до +1,5 МГц. На частотах поднесущих 7,5 и 8,2 МГц передаются сигналы звукового вещания и изображения газетных полос.

Предусмотрена также возможность передачи сигнала звукового сопровождения ТВ передач или звукового вещания путем временного уплотнения видеосигнала. Качественные показатели ТВ канала, создаваемого системой "Орбита-2", в основном соответствуют рекомендациям МСЭ-Р для магистрального канала передачи ТВ программ.

Наземные приемные станции системы "Орбита-2" – крупные сооружения. Антенна станции типа ТНА-57 с параболическим отражателем диаметром 12 м выполнена по двухзеркальной схеме, она установлена на полноповоротном опорно-поворотном устройстве. Приемный модуль содержит на входе малошумящий охлаждаемый параметрический усилитель. Коэффициент усиления антенны G = 52 дБ. Имеются наземные станции с антеннами диаметром до 25 м.

ДОМАШНЯЯ ПОДГОТОВКА

1.Проработайте разд. 1 учебного пособия [2] и данное методическое пособие.

2.Запишите выражения для комплексных амплитуд U следующих видов комбинационных

компонентов 52, 53, 55, 56 Проверьте, отличаются ли по своей записи (структуре) выражения для 54 и 55.

3.Подготовьте ответы на контрольные вопросы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Каковы особенности спутниковой системы связи по сравнению с наземной системой связи? Что означает термин «многостанционный доступ»? Что называют стволом ретранслятора?

2.Что представляет собой спутниковая система связи, использующая многостанционный доступ с частотным разделением? Каковы особенности (достоинства и недостатки) спутниковой системы связи с МДЧР?

3.Что представляет собой спутниковая система связи, использующая многостанционный доступ с временным разделением? Каковы особенности (достоинства и недостатки) спутниковой системы связи с МДВР?

8

4.Что представляет собой спутниковая система связи, использующая многостанционный доступ с кодовым разделением? Каковы особенности (достоинства и недостатки) спутниковой системы связи с МДКР?

5.Можно ли сигнал на входе и выходе усилителя мощности (УМ) считать узкополосным? Обоснуйте свой ответ. Изобразите вид спектра сигнала на входе УМ спутникового ретранслятора и на его выходе. Изобразите амплитудную и фазочастотную характеристики УМ ствола ретранслятора, а также его амплитудную и фазоамплитудную характеристики. Какими должны быть эти характеристики в идеальном случае?

6.Какие причины порождают комбинационные компоненты на выходе УМ? Что представляют собой комбинационные компоненты на выходе УМ? Как вычисляется порядок комбинационного компонента? В каком случае комбинационные компоненты становятся интермодуляционными (перекрестными) искажениями? Как можно уменьшить мощность комбинационных компонент на выходе УМ ствола ретранслятора?

7.Что называют амплитудно-фазовой конверсией? К каким последствиям приводит наличие амплитудно-фазовой конверсии сигнала на выходе усилителя мощности ствола ретранслятора?

8.Что называют комплексной нелинейностью УМ? Запишите выражения для напряжения суммарного сигнала на входе и выходе УМ.

9.Запишите выражение для комплексной нелинейности УМ при аппроксимации ее рядом бесселевых функций первого порядка.

10.Запишите общее выражение для вычисления полезных и помеховых компонентов на выходе УМ при аппроксимации комплексной нелинейности рядом бесселевых функций первого порядка.

11.Запишите аналитические выражения для комплексной амплитуды компонентов 5-го

порядка вида 52, 53, 55, 56.

12.Что представляет собой идеализированная спутниковая система связи с МДЧР? Что означает понятие «пропускная способность системы связи с многостанционным доступом»? Почему пропускная способность реальной системы с МДЧР ниже, чем пропускная способность идеализированной системы с МДЧР?

13.Запишите аналитические выражения для проигрыша β в пропускной способности реальной спутниковой системы связи с МДЧР по сравнению с идеальной системой. Как определяются парциальные проигрыши β1и β2? Как парциальные проигрыши β1и β2 зависят от изменения средней мощности сигнала на входе УМ?

14.Какие виды сигналов целесообразно использовать в реальных спутниковых системах связи с МДЧР?

15.Перечислите основные этапы процесса разработки радиотехнических систем. Что относят к внешним и внутренним параметрам системы?

9

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

Подготовьте исходные данные для выбранного усилителя мощности по согласованию с преподавателем. Установите поисковый режим работы. Совокупность действий студента, выполняемых в процессе проектирования можно разделить на три группы.

1. Аппроксимация характеристик нелинейного ретранслятора. 1.1. Проведите один цикл поиска (главное меню - задача 1).

Поскольку начальные значения параметров аппроксимации не известны, воспользуйтесь теми значениями, которые предлагает ЭВМ по умолчанию. Вычисление по известной совокупности точек комплексных коэффициентов аппроксимации производится в соответствии с формулой [2]

=1

где 1( )- функция Бесселя 1-го порядка, - комплексные коэффициенты,- константа (определяется подбором), М- число членов ряда.

По таблице на экране дисплея «Результаты расчета аппроксиманты» зафиксируйте в отчете минимальные значения действительной FD и мнимой FM частей целевой функции.

1.2. Оцените качество аппроксимации амплитудной характеристики (АХ) и фазоамплитудной характеристики (ФАХ) по отличию между реальными характеристиками и аппроксимирующими их кривыми (задачи 2 и 3).

1.3.Для измененных параметров аппроксимации повторите п.п. 1.1. и 1.2. до достижения каждым из показателей FD и FM значения, не превышающего 0,02. Запишите оптимальное число слагаемых М аппроксимирующей функции (1).

1.4.Составьте протокол в виде таблицы, указав по каждому эксперименту параметры аппроксимации (NN, N, M, EPS, EST, FD, FM). Выпишите параметры bs оптимальной аппроксиманты.

Примечание: при визуальном анализе графиков пользуйтесь возможностями управляемого графического отображения – изменением масштаба, возможностями перекомпоновки и др.

2.Изучение многосигнального режима работы ретранслятора.

Используя найденные коэффициенты аппроксимации, проведите следующие эксперименты (главное меню – задача 7, подзадачи 1 – 6).

2.1. Изучите закономерности изменения выходной средней мощности УМ ретранслятора при односигнальном и многосигнальном (например, 8-сигнальном) режимах в зависимости от средней мощности сигнала на входе ретранслятора (задача 7, подзадачи 1 и 2, в краткой записи

7-1, 7-2).

2.2. Изучите соотношения между мощностями комбинационных компонентов 3-го порядка двух видов и мощностью одного полезного сигнала на выходе УМ ретранслятора (подзадачи 7-3, 7-4). В таблицах и на графиках на экране дисплея приняты следующие обозначения:

Pcот 31 - отношение мощности одного комбинационного компонента типа 31 к мощности одного полезного сигнала;

Pcот 32 – тоже для компонента 32;

10