Динамо-машины  Сигналы и спектры 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 [ 97 ] 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358

Здесь L является потерями реализации и учитывает аппаратные и операционные потери в процессе детектирования. Объединяя уравнения (5.50) и (5.51), можем записать следующее:

RIP = Z;

(5.52)

Задание параметра RIP позволяет подрядчику, перед которым стоит задача получения определенной вероятности ощибки, оперировать значением одного параметра. Подрядчик может использовать связь PJNq и GIV или L . При увеличении GIV производительность детектора может ухудшаться и наоборот.

5.7. Спутниковые ретрансляторы

Спутниковые ретрансляторы повторно передают все получаемые сообщения (с трансляцией на несущей частоте). Регенеративные (цифровые) ретрансляторы перед повторной передачей регенерируют, т.е. демодулируют и восстанавливают цифровую информацию, заложенную в принятый сигнал. Нерегенеративные ретрансляторы только усиливают и повторно передают сообщение. Следовательно, нерегенеративный ретранслятор может использоваться с различными форматами модуляции (одновременно или последовательно без какой-либо коммутации), а регенеративный обычно проектируется для работы только с одним форматом модуляции (или очень малым количеством). В процессе анализа канала связи для регенеративного спутникового ретранслятора каналы земля-спутник и спутник-земля рассматриваются раздельно. Для вычисления общей вероятности битовой ошибки в канале регенеративного ретранслятора необходимо отдельно определить вероятности появления ошибочного бита в каждом из двух каналов. Пусть Р и Pj- вероятность появления ошибочного бита в каналах земля-спутник {uplink) и спутник-земля {downlink). Бит будет безошибочно передан между двумя оконечными наземными устройствами, если в обоих последовательных каналах бит будет передан либо точно, либо с ошибкой. Следовательно, общая вероятность точной передачи бита равна следующему:

Р, = {1-Ри){1 -Pd) + PuPd-

Общая вероятность появления ошибочного бита равна

(5.53)

Рв = 1 - Р, = Р + Pd - 2P Prf. (5.54)

При малых значениях Р и Pj общая вероятность ошибки получается при простом суммировании вероятностей появления ошибки в отдельных каналах:

Рв-Ри + Рф

(5.55)

5.7.1. Нерегенеративные ретрансляторы

Анализ канала связи для нерегенеративного ретранслятора- это анализ полного оборота сигнала (передача на спутник и ретрансляция на наземное оконечное устройство). Нерегенеративный ретранслятор имеет несколько уникальных особенностей - это зависимость общего отношения SNR от SNR канала земля-спутник и совместное использование мощности канала спутник-земля каждым сигналом и шумом канала земля-

спутник , с этого момента при обращении к ретранслятору или транспондеру будем подразумевать нерегенеративный ретранслятор, и для простоты будем предполагать, что транс-пондер работает в собственном линейном диапазоне.

Возможности спутникового транспондера офаничены мощностью канала спутник-земля , мощностью наземного оконечного устройства, которая подается в канал земля-спутник , щумом спутника и наземной оконечной станции, а также шириной полосы канала. Как правило, основные ограничения накладывает один из этих параметров, довольно часто - это мощность канала спутник-земля или ширина полосы канала. Важнейшие параметры линейного спутникового канала связи показаны на рис. 5.24. Ретранслятор передает все сигналы канала земля-спутник (или шум, при отсутствии сигнала) без какой-либо обработки, за исключением усиления и трансляции по частоте. Предположим, что в пределах полосы приемника W существуют множество каналов земля-спутник (используемые одновременно) и их разделение производится с помощью метода, известного как множественный доступ с частотным разделением (frequency-division multiple access - FDMA). Технология FDMA - это метод совместного использования ресурсов связи посредством распределения между пользователями раздельных участков полосы транспондера; подробно технология FDMA рассмотрена в главе 11. Эффективная мощность канала спутник-земля EIRPj является константой, и поскольку мы предполагаем использование линейного транспондера, EIRPj разделена между множеством сигналов (и шумов) канала земля-спутник пропорционально соответствующим уровням входного напряжения.

Общее усиление всех усилителей линейного транспондера =pj{pj+NW\ = Ps

Рт= кРк

11 Ширина

полосы = W Усиление АРУ = Р

Спутник

ORP =P,A,

Земля

Другие сигналы

Ширина полосы lt;И/

Ту EIRP,

Ширина полосы = W

Наземный терминал I

Рис. 5.24. Нерегенеративный спутниковый ретранслятор

Передача начинается с наземной станции (ширина полосы lt; W), скажем терминала /, причем EIRP терминала EIRP = P G . Одновременно на спутник передаются другие сигналы (с других терминалов). Мощность EIRP с к-то терминала будем далее обозна-

чать просто Рк. На спутнике мощность общего принятого сигнала равна /J. =1 .

где Ак описывает потери распространения в канале земля-спутник и КНД спутниковой антенны для к канала. N,W - это мощность шума в канале земля-спутник , а Ns - общая спеетральная плотность мощности шума, возникающего в спутникоюм приемнике и излучающей спутниковой антенне. Общую мощность EIRP канала спутник-земля EIRP, = PjG,j, где Р, - мощность на выходе спутникового транспон-дера, а G - КНД передающей антенны спутника, можно выразить следующим образом [14]:

ЕШР, = EIRP,p[A,P, + (Рг - Л/Р,) + NM- (5.56)

Обе части формулы (5.56) выражают общую мощность EIRP спутника. Выражение P[A,Pj+ {PT-AiPi)+ N,W\ в правой части является раздробленным пропорциональным распределением EIRP, между различными пользователями и шумом канала, так что суммарное значение этого выражения равно 1. Полезность приведенного равенства вскоре станет очевидной. Общее усиление мощности в транспондере можно выразить как РР,. Поскольку Р, фиксированы, а входные сигналы могут быть различными, Р = 1/(Р7- + NsW) - это значение коэффициента автоматической регулировки усиления. Общую мощность сигнала, принятого из канала земля-спутник , Рт, можно записать как AiPi + (Рт- AjP;), разделив, таким образом, мощность i-ro сигнала и мощность остальных сигналов в транспондере. Общую мощность, принятую j-M наземным терминалом с шириной полосы W, можно записать следующим образом:

Р = EIRP,Yp[/l,Pi + {Рт - AiPi) + N,W] +N,W (5.57)

Здесь Yj = G(/L/,o учитывает потери в канале спутник-земля и КНД принимающей антенны для J-ro наземного терминала. EIRPjt представляет часть мощности ЕШР принятой j-M наземным терминалом, а - это спектральная плотность мощности шума, созданного и внесенного оборудованием приемной станции. Уравнение (5.57) описывает саму суть пропорционального разделения в ретрансляторе мощности канала спутник-земля между различными пользователями и шумом. Перепишем уравнение (5.57), заменив Р его эквивалентом l/(Pj-+ iV,VV):

P,.=EIRPj

Рт +

Рт +

+ N,W .

(5.58)

Для облегчения дальнейших рассуждений запишем уравнение (5.58) словами: Р, =EIPRj/-мощность 5,(t/L)

равновесная мощность S{UL)

общая мощность (5 + N){UL) общая мощность (S + N){UL) мощность шума (UL)

общая мощность (S + N) {UL) , Здесь S - мощность сигнала, N - мощность шума, а (t/L) - канал земля-спутник (uplink).

Можно ли из уравнения (5.58) определить важную связь, которая должна существовать между пользователями, совместно использующими нерегенеративный транспондер? Пользователи должны взаимодействовать, не превышая договорные уровни мощности передачи. Из уравнения (5.58) видно, что часть мощности EIRP