Мордухович Л.Г., Степанов А.П. Системы радиосвязи. Курсовое проектирование (1987) (1152059), страница 19
Текст из файла (страница 19)
С эталономнеобходимо сравнивать несущую частоту, стабильность которойи точность установки абсолютных значений для всех ЗС обеспечивается сравнительно легко. При этом план частот системы сМДЧР играет роль, аналогичную структуре кадра при МДВР. Напомним также, что при МДЧР дополнительно к координации(«синхронизации»)' значений несущих частот требуется также координация уровней сигналов каждой ЗС для выравнивания ихмощностей на входе ретранслятора, что лишает земные станцииполной взаимонезависимости.104.3.5.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТСПУТНИКОВЫХ ЛИНИЙ СВЯЗИИСХОДНЫЕ СООТНОШЕНИЯЗадачей энергетического расчета является определение основных энергетических параметров, обеспечивающих требуемое качество передачи сигналов по спутниковой линии связи. При этомпредварительно необходимо выбирать общую структуру системы,в результате чего определяются диапазоны частот, методы многостанционного доступа и использования полосы частот, режим работы ретранслятора, используемые виды и параметры модуляции,зоны обслуживания и т. п. (§ 3.9).
Энергетическими параметрамилинии связи являются мощность передатчика, коэффициенты усиления передающей и приемной антенн, а также эффективная эквивалентная шумовая температура приемного устройства в целом(или однозначно с ней связанный коэффициент шума).Энергетический расчет позволяет приступить к разработке всехэлементов системы и является отправной точкой в ее конкретнойреализации.Спутниковая линия связи включает в себя один ствол ретранслятора и состоит из двух участков (рис. 3.12) s передающая ЗС—>спутник (участок «вверх») и спутник — приемная ЗС (участок«вниз»).
С точки зрения энергетики линии участки «вверх» и«вниз» находятся в различных условиях.На спутнике мощность передатчика, коэффициент усиления антенны и эффективная эквивалентная шумовая температура при-Рис. 3.12. Спутниковая линия связи с МДЧР105емника определяются ограничениями на энергопотребление, массу и габариты. В ряде случаев мощность передатчика ограничивается необходимостью обеспечения условий электромагнитнойсовместимости с другими службами (гл.
4). В свою очередь ширина диаграммы направленности антенны и, следовательно, еекоэффициент усиления определяются размерами зоны обслуживания и, например, для глобальной зоны составляют приблизительно 17°30' и 20 дБ соответственно.Таким образом, пропускная способность спутниковой линии ограничивается, с одной стороны, шириной полосы пропускания, ас другой — энергетикой участка «вниз».Для оценки качества спутниковой линии можно использоватьразличные критерии, зависящие от вида сообщения и методов егопередачи.
Эти критерии непосредственно связаны с качественнымипоказателями каналов, которые определяются соответствующимирекомендациями МККР [12] (приложение 4). В роли критериякачества при передаче ТФ сообщений аналоговым методом используют мощность шума на выходе канала, при передаче ТВ сообщений— отношение сигнал-шум на выходе канала, а при использовании цифровых методов—частость ошибок, которая определяется отношением мощности сигнала к мощности шума навходе приемника.Различные критерии оценки качества спутниковой линии связи создают некоторые неудобства при энергетическом расчете.Поэтому в практических случаях лучше использовать более ofщий критерий — отношение средней мощности модулированногосигнала на входе демодулятора к средней мощности шума, называемый отношение несущая-шум и определяемый следующимобразом:(Н/Ш) = Pj(k T2 Яш), [Н/Ш] = 10]g {НИЩ,где Рс — средняя мощность модулированного сигнала в полосеПш на входе демодулятора, Вт; Пш — ширина полосы пропусканиятракта, предшествующего демодулятору (шумовая полоса), Гц;Ts — эквивалентная эффективная шумовая температура приемной ЗС, включающая в себя шумовую температуру антенны и при~23емника, К; &= 1,38-10Вт/(Гц-К)—постоянная Больцмана.В связи с тем, что на различных этапах передачи и обработкисигнала полоса пропускания может изменяться (например, прииспользовании МДЧР), в роли критерия качества во многих случаях удобно использовать отношение средней мощности модулированного сигнала к спектральной плотности мощности шума,Гц или дБ-Гц:(3.1)В отдельных случаях используют также следующиеотношенияие отнош(Вт/К или дБВт/К):k, [HIT] =106[H/IUf]-228,6.;Приведенные выше критерии оценивают качество на входе демодулятора, в то время как допустимое качество канала определяется параметрами, измеряемыми на его выходе: мощностью шумов в точке нулевого относительного уровня полезного сигнала,отношением сигнал-шум или частостью ошибок.
Очевидно, чтомежду параметрами на входе и выходе демодулятора существует однозначная связь, определяемая методами обработки сигнала.При передаче многоканальных ТФ сообщений с помощьюЧРК-ЧМ[Н/Ш,]ТФ = 9 0 - 1 0 lg Р ш + Ю lg A FK + 20 lg (FJb /K) - * п и - к Т Ф ,(3.2)где Р ш — псофометрически взвешенная мощность шумов на выходе ТФ канала в точке с нулевым относительным уровнем измерительного сигнала (ТОНУ), пВтОп; Д/ 7 К =3,1 кГц — ширина полосычастот одного ТФ канала; FB — верхняя граничная частота группового спектра многоканального ТФ сообщения; Д/к — эффективнаядевиация частоты при передаче измерительного сигнала в одномканале; ипи, ИТФ — выигрыши в отношении сигнал-шум, обусловленные использованием предыскажений и применением взвешивающего псофометрического фильтра, дБ.При использовании стандартных предыскажений в верхнем ТФанале ХТФ = 4 ДБ, В ТО время как для шума с равномерным спекром х пи = 2,5 дБ.В этом случае [Н/ШД = 118,4—10 l g P m ++20lg(/ V А/ к ).При передаче ТФ сообщений с помощью МДЧР-ОК.Н-ЧМ[H/Ulf]OKH = 90 - 1 0 lg Р ш + 10 lg (Г2ТФ/3) + 201g (F2TO/A /к) - *Окн .(3.3)где ^2ТФ = 3,4 кГц — верхняя частота индивидуального ТФ канала; хокн — выигрыш в отношении сигнал-шум при МДЧР-ОК.НЧМ, дБ.В рассматриваемом случае спектр шумов на выходе индивидуального канала после демодулятора будет иметь так называемую«треугольную» (по напряжению) или «параболическую» (по мощности) форму, т.
е. спектральная плотность мощности шумов будет пропорциональна квадрату частоты. При этом взвешивание спомощью псофометрического фильтра дает выигрыш в 4 дБ.При передаче одноканальных сообщений с помощью ЧМ дополнительный выигрыш можно получить с помощью введения предыскажений в полосе индивидуального ТФ канала. Однако в этомслучае эффективнее применить метод компандирования речевогосигнала, аналогичный динамическому шумоподавлению, широкоиспользуемому в звуковоспроизводящей аппаратуре и при передаче сигналов радиовещания. С этой целью на передающей стороне производят предварительную компрессию (сжатие) динамического диапазона речевого сигнала, что позволяет при заданныххарактеристиках тракта увеличить мощность сигнала. В резуль107тате происходит увеличение отношения сигнал-шум в канале, тагкак шум воздействует на сигнал, имеющий большую среднюкмощность.
На приемной стороне с помощью экспандера (расширителя) восстанавливаются первоначальные характеристики заданного сигнала при сохранении достигнутого увеличения отношениясигнал-шум. Компандирование создает также дополнительный положительный субъективный эффект, заключающийся в том, чтсснижается уровень шума в паузах. Результирующий эффект oiвведения компандирования в ТФ канал оценивается экспериментально и позволяет получить выигрыш в отношении сигнал-шумоколо 15 дБ [15].Таким образом, с учетом компандирования и псофометрического фильтра суммарный выирыш достигнет 19 дБ, в результатечего для ТФ канала при МДЧР-ОКН-ЧМ[НЩ]ОКН=101,5—10 lg Р ш + 20lg (/WA/к) -При передаче ТВ с помощью ЧМ параметры качества на входе демодулятора и выходе канала связаны следующим образом:[H/mf]TB = [С/Ш] + 10 lg (2 F2TB/3) + 20 lg (F2TB/A / T B ) - x S t(3.4)где [С/Ш] — отношение мощности сигнала, соответствующей квадрату напряжения сигнала изображения (без синхроимпульсов),к визометрически взвешенной мощности шума (рис.
3.13), дБ;F2TB — верхняя граничная частота спектра ТВ сообщения, котораядолжна быть принята равной 5 МГц при использовании унифицированного взвешивающего фильтра; А/тв=А/р/0,7 — полный размах девиации частоты (с учетом синхроимпульсов), Д/р — размахдевиации частоты, соответствующий сигналу изображения (безсинхроимпульсов); з<2—хПи+итв— результирующийвыигрыш,обусловленный введением предыскажений и использованием взвешивающего визометрического фильтра, учитывающего особенности спектральной чувствительности зрения человека.Эквивалентная синусоида счастотой „ нулевых предыс~хатений" (1,5МГц)Р,ис. 3.13.
К определению отношения сигнал-шум в ТВ канале108Д фиксирован/шх спутница- юШ/а „Для раНиовещателышк спутниковыхслутВ' диапазона. /2ПЦ паВАКР-77Полоса пропусканий 27МГц.Рис. 3.14. К определению качества ТВ канала при F 2 T B = 5 МГЦ, использовании унифицированного взвешивающего фильтра и стандартных предыскаженийПри исполнении унифицированного взвешивающего фильтраи стандартных предыскажений ^s — 1 3 , 2 д Б (приложение 4),(рис. 3.14). В результате[H/UIfU = [С/Я/] + 52 + 20 lg (F 2TB /A/ TB ).Во всех рассмотренных выше случаях необходимо иметь в виду, что при ЧМ зависимость (С/Ш) от (H/UIf) имеет пороговыйхарактер (рис. 3.15).
Поэтому приведенные выше формулы остаются справедливыми лишь при выполнении условия[Н/Ш]>10 —12, [H/IIlf]>(10 — 1 2 ) + 101g /7m.(3.5)В реальных условиях (H/LUf), а следовательно, и (С/Ш) будут изменяться, в связи с чем необходимо предусмотреть некоторый запас. Этот запас должен обеспечить превышениепороговогоуровня при влиянии всех неблагоприятных факторов в течение заданного процента времени (§ 3.6 и Приложение 4).Энергетический запас зависитв первую очередь от условий распространения, которые, как известно, различны в разных диапазонах частот, а также от ряда других характеристик. В диапазоне6/4 ГГц энергетический запас можетсоставлять 1—3 дБ, в диапазоне14/11 ГГц 6—12 дБ, а в диапазоне30/20 ГГц, где особенно заметновлияние атмосферы и осадков, может достигать 20 дБ.
Более точное Р и с . 3.15. Пороговая характерисзначение энергетического запаса тика ЧМ приемника109можно рассчитать с учетом реальных условий с помощью приведенных в § 3.6 результатов.Для определения шумовой полосы частот при передаче ТФ сообщений с помощью ЧМ можно воспользоваться формулой Карсона, которая при используемых в ССС больших индексах модуляций дает достаточно точный результат:ик+FB),(3.6)где Д/пик — пиковое значение девиации частоты, превышаемое неболее р% времени, причем А/ п ик=А/ Э а(р%) (Д/э — эффективнаядевиация частоты при передаче многоканального ТФ сообщения;а(Р%).— пик-фактор по напряжению для р% времени).При достаточно большом числе телефонных разговоров для99,9% времени а (99,9%) =3,16.
В результате при МДЧР-ЧРК-ЧМЯ Т ф = 2 (Д/э 3,16+F E ). При МДЧР-ОКН-ЧМ необходимо учитывать, что пик-фактор индивидуального ТФ сообщения в несколько раз выше, чем у многоканального сообщения. С другой стороны, компандирование одноканального ТФ сообщения в системе сМДЧР-ОКН-ЧМ приводит к значительному уменьшению пик-фактора. В результате в заданной полосе частот окажется возможным увеличить эффективную девиацию частоты, что вызовет увеличение отношения сигнал-шум и появление дополнительногоэнергетического выигрыша. В свою очередь, если при использовании компандирования оставить постоянной эффективную девиацию частоты, то в заданной полосе частот окажется возможнымпередать с тем же качеством большее число сообщений, так какширина спектра отдельного сигнала соответственно уменьшится.При этом шумовая полоса' #окн «2 ( А /к «о к н +р 2 Т ф ) '(З-7)где значение пик-фактора аокн зависит от конкретных параметроваппаратуры и может составлять два-три при использовании компандирования.При передаче ТВ сообщения с помощью ЧМ с учетом того, чтона синхроимпульсы отводится примерно 30% полного размахасигнала, шумовая полоса^тв = А /тв + 2 F2TB « 1,4 Д fp + 2 F 2 T B .(3.8)При передаче сообщений в цифровом виде качество связиоценивается частостью ошибок, приходящихся «а 1 бит (Приложение 4).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
