Скляр Б. Цифровая связь (2003) (1151859), страница 64
Текст из файла (страница 64)
(5.24) 5.4. Анализ бюджета канала связи гая Мощность переданного сигнала ЕРКР выражается в децибел-ватгах (дБВт); спектральная плотность мощности шума Д/ь — в децибел-ваттах на герц (дБВт/Гц); усиление антенны С, — и децибелах относительно изотропного усиления (дБ/Ц); скорость передачи данных // — в децибелах относительно величины 1 бит/с (дБбит/с); все остальные члены выражаются в децибелах (дБ). Численные значения параметров, фигурирующих в уравнении (5.24), составляют бюджет канала связи, полезное средство распределения ресурсов связи. Для поддержания положительного баланса мы должны найти приемлемое соотношение между всеми параметрами; мы можем снизить мощность передатчика путем предоставления избыточного резерва или увеличить скорость пеРедачи данных пУтем снижениЯ (Еь//ть) „(посРедством выбоРа лУчших схем модУ- ляпни и кодирования).
Любой децибел в уравнении (5.24), независимо от параметра, не лучше и не хуже любого другого децибела — децибел есть децибел. Система передачи "не знает и знать не хочет'*, откуда приходят децибелы. Пока в приемнике обес- печивается надлежащее отношение Е,уМ,, система имеет необходимую достоверность передачи.
Впрочем, введем еше два условия, которые необходимо будет удовлетворить при получении заданной вероятности ошибки, — должна поддерживаться синхронизация и должно минимизироваться или компенсироваться искажение, вызванное межсимвольной интерференцией. Может возникнуть вопрос: если система не отдает предпочтения источнику поступления децибелов в отношение Е~Нм то как мы должны распределять приоритеты поиска достаточного числа децибелов. Ответ таков: мы должны искать наиболее рентабельные децибелы. Это и будет путеводной нитью нескольких следующих глав, посвященных кодам коррекции ошибок, поскольку именно для этой области характерно историческое развитие в направлении снижения стоимости оборудования, позволяющего получить более достоверную передачу.
5.4.3. Какой нужен резерв Вопрос о величине энергетического запаса, встроенного в систему, возникает довольно часто. Ответ на него заключается в следующем. Если строго описать (учесть наиболее неблагоприятные варианты) все источники усилений и ослаблений сигнала и шума и считать дисперсию параметров канала (например, вследствие погодных условий) максимальной из возможных, то потребуется незначительная дополнительная надбавка энергетического запаса. Требуемый запас прочности зависит от степени достоверности каждой позиции бюджета канала. Для системы, в которой задействованы новые технологии или новые рабочие частоты, потребуется больший запас, чем для системы, которая создавалась и тестировалась уже неоднократно. Иногда в бюджете канала связи как отдельная позиция фигурирует затухание вследствие погодных условий.
В других случаях требуемое значение энергетического запаса отражает требования канала при данном ухудшении параметров вследствие дождя. Для спутниковой связи на полосе частот С (линия связи "земля-спутник" использует частоту 6 ГГц, линия связи "спутник-земля" — частоту 4 ГГц), где все параметры хорошо известны и ведут себя довольно хорошо, систему можно проектировать всего лишь с 1 дБ энергетического запаса. Настроенные только на прием телевизионные станции, которые используют параболические антенны диаметром 16 футов и работают в паласе частот С, часто проектируются с энергетическим запасом, составляющим всего доли децибела.
В то же время телефонная связь через спутник, которая использует стандарт 99,9% доступности канала, требует значительно большего энергетического запаса; в некоторых системах !ХТЕЕБАТ резерв составляет порядка 4-5 дБ. Если вычисления выполняются не для самого неблагоприятного варианта, а для фактически имеющегося, расчет обычно производится лля совместимых дисперсий оборудования в рабочем диапазоне температур, перепадов напряжения в линии и длительностей передач. Кроме того, для спутниковой связи могут приниматься предположения о возможных ошибках отслеживания местонахождения спутника.
Проекпя с использованием высоких частот (например, 14/12 ГГц) обычно требуют значительных (погодных) энергетических запасов, поскольку атмосферные потери крайне разнообразны и их влияние увеличивается с частотой. Следует отмепггь, что побочные результаты поглощения вследствие атмосферных потерь больше шума антенны. При использовании малошумяших усилителей даже небалыцие погодные изменения могут привести к увеличению температуры антенны на 4О-50 К. В табл. 5.1 показан анализ канала связи лля спутника непосредственного вещания, предложенный Федеральной комиссии по средствам связи (Берега! Сошпщп!саг!апз Соппп)зз!оп — ЕСС) США загг .
ь Глава б. Анализ канала связи корпорацией Багерйге Те!етй!оп. Отметим, что бюджет для линии связи "спутник-земля" рассчитан для двух альтернативных погодных условий: ясной погоды и ослабления на 5 дБ вследствие дождя. Ослабление сигнала из-за атмосферного поглощения составляет только малую долю децибела при ясной погоде и 5 дБ — при дожде.
Следующий пункт в таблице для линии связи "спутник-земля", б/? домашнего приемника, показывает дополнительное ухудшение качества, вызванное дождем; принимающая антенна излучает дополнительный тепловой шум, что приводит к увеличению эффективной шумовой температуры системы 7 и уменьшению СП домашнего приемника (от 9,4дБ/К до 8,1 дБ/К). Следовательно, при выделении дополнительного энергетического запаса на потери вследствие погодных условий, одновременно следует выделять дополнительный резерв для компенсации увеличения шумовой температуры системы.
Таблица Б.т. Спутник непосредственного вещания (О!гост Вговг!свят Зете!!!!е— (ЗВЗ), предложенный Звтеййе Те!еч!в!оп Согрогайоп Линия связи "земля-спутник" 86,6 дБВт 208,9 дБВт Е!КР наземной станции Потери в свободном пространстве (17,6 ГГц, угол возвышения 48 ) Предполагаемое поглощение вследствие дождя 12,0 дБВт 7,7 дБ/К О77 спутника С/кТ' линии связи "земля-спутник" 102,0 дБГц Атмосферные условия Поглощение 5 дБ вследствие дождя Ясно Линия связи "спутник-земля '* Е1КР спутника Потери в свободном цространсше (12,5 ГГц, угол возвышения 30 ) Поглощение в атмосфере 57,0 дБВт 206,1 дБ 57,0 дБВт 206,! дБ 5,0 дБ 8,1 дБ/К 0,14 дБ 9,4 дБ/К б77 домашнего приемника (параболическая антенна 0,75 и) Потеря наведения приемника (ошибка 0,5 ) Рассогласование по поляризации (среднее) 0,6 дБ 0,04 дБ 0,6 дБ 0,04 дБ 82,0 дБГц 88,1 дБГц 87,9 дБГц С/кТ' линии связи "слутиик-земля" Общее С/кТ' 82,0 дБГц !0,0 дБ 10,0 дБ !5,9 дБ 10,0 дБ Обшее С//У (на 16 МГц) Эталонное пороговое С//!/ Резерв относительно порога 0,0 дБ 5.9 дБ 5.4.
Анализ бюджета канала связи Небольшое замечание относительно спутниковых каналов связи: в промышленности часто встречаются выражения типа "канал мажет быть закрыт", т.е. значение энергетического запаса в децибелах положительно и удовлепюряюпж существующие требования к досюверности перелачи, или "канал ие может быть закрыт" — значение энергетического запаса отрицательно и существующие требования к достоверности передачи не булуг удовлепюряться. Хотя при использовании выражений "канал закрывается" или "канал ие закрыт" создается впечатление работы по принципу "включено/выюпочено", на самом деле незакрытый канал (или отрицательный энергетический запас) означает, что достоверность передачи не удовлетворяет системным требованиям; это не обязательно означает прекращение связи. Рассмотрим, например, систему, показанную на рис.
5.9, с (Е~Ч~ а = 10 дБ и (Е/Фе)ч, = 8 дБ. Пусть 8 дБ соответствует Ра— - 10'. Следовательно, энергетический запас равен — 1 дБ, а фактическая вероятность появления ошибочного бита в 10 раз превышает заданную. В то же время, несмотря на сниженную достоверность передачи, канал по- прежнему может использоваться. 5.4.4. Доступность канала Доступность канала обычно является мерой долговременного использования канала, сформулированной на среднегодовой основе; для данного географического местоположения доступность канала показывает процентное отношение времени, в течение которого канал может быть закрыт.
Например, для конкретного канала связи между Вашингтоном и спутниковым ретранслятором долговременная синоптическая ситуация может быть такой, что погодного запаса 10 дБ достаточно для закрытия канала связи 98% времени; для 2% времени проливные дожди приводят к большему, чем на 10 дБ, ухудшению параметра ЗНВ, так что канал не закрывается. Поскольку воздействие шума на ЗНВ зависит от частоты сигнала, доступность канала и требуемый энергетический запас должны изучаться в контексте конкретной частоты передачи. На рис. 5.10 обобшаются значения доступности каналов глобальных спутников на частоте 44 ГГц.
Данный график иллюстрирует процентное отношение видимости земной поверхности (каналы закрыты и заданная вероятность ошибки достигается) как функцию энергетического запаса для трех равномерно размещенных геостационарных спутников. Геостационарный спутник расположен на круговой орбите в той же плоскости, что и земная экваториальная плоскость, и его синхронная высота над уровнем моря равна 35 800 км. Период обращения спутника равен периоду обращения Земли; таким образом, спутник стационарно висит над определенной точкой земной поверхности. На рнс.
5.10 показано семейство кривых видимости, отличающихся требуемыми значениями параметра доступности канала, от качественного (доступность 95%) до достаточно точного (99%). Вообще, при фиксированном энергетическом запасе вилимость обратно пропорциональна требуемой доступности, а при фиксированной доступности она монотонно растет с увеличением запаса [8). На рис. 5.11-5.13 для трех различных значений энергетического запаса канала затененными и чистыми областями показаны части земной поверхности, в которых канал 44 ГГц не может быть закрыт 99% времени.
На рис. 5.1! показан охват каналом различных мест при энергетическом запасе 14 дБ. Отметим, что с помощью рисунка можно вычислить области наибольших ливней, такие как Бразилия и Индонезия. На рисунке представлены результаты расчета канала, выполненного с использованием синоптической модели Земли.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
