www.chms.ru - вывоз мусора в Балашихе 

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 индексы общ, и и d обозначают, соответственно, общее значение Еь/No, а также значения в канале земля-спутник (uplink) и спутник-земля (downlink).

Большинство коммерческих спутниковых транспондеров являются нерегенеративными. Однако очевидно, что в будущем коммерческие системы будут требовать встроенной обработки, коммутации или выборочной адресации сообщений и будут использовать регенеративную ретрансляцию для преобразования принятых сигналов в биты сообщений. Помимо возможности внедрения сложной обработки данных, одной из важных особенностей регенеративных ретрансляторов, по сравнению с нерегенеративными, является то, что каналы земля-спутник и спутник-земля разделяются, так что шум из первого не переходит во второй. Использование регенеративных спутниковых ретрансляторов позволяет значительно улучшить значения Еь/No, которые необходимы в обоих каналах, относительно значений, требуемых современными нерегенеративными ретрансляторами. В канале земля-спутник наблюдалось [16] увеличение E/Nq порядка 5 дБ, а в канале спутник-земля - 6,8 дБ (использовалась когерентная модуляция QPSK с Рв= 10 ).

5.7.2. Нелинейное усиление ретрансляторов

В большинстве спутниковых систем связи мощность существенно офаничена, и неэффективность, связанную с каскадами линейного усиления мощности, преодолевать обычно дорого. По этим причинам многие спутниковые ретрансляторы используют нелинейные усилители мощности. Эффективное усиление мощности получается за счет искажения сигнала, вызванного нелинейностью. Рассмотрим основные недостатки нелинейностей усилителей.

1. Комбинационные помехи (intermodulation (Ш) noise), вызванные взаимодействием различных несущих. Вред является двояким; полезная мощность может теряться, переходя в энергию комбинационных помех (потери обычно составляют 1-2 дБ), и в виде интерференции в канал могут вноситься паразитные комбинационные произведения. Последняя проблема может быть достаточно серьезной.

2. Преобразования амплитудной модуляции в амплитудную модуляцию (AM-to-AM conversion) - это явление, обычное для нелинейных устройств, подобных лампам бегущей волны. На входе устройства любые флуктуации огибающей сигнала (амплитудная модуляция) подвергаются нелинейному преобразованию и приводят к искажению амплитуды на выходе устройства. Следовательно, работа лампы бегущей волны в ее нелинейной области не будет оптимальным выбором усиления мощности для схемы, основанной на модулировании амплитуды (такой, как QAM).

3. Преобразование амплитудной модуляции в фазовую (AM-to-PM conversion) - это еще одно явление, общее для нелинейных устройств. Флуктуации в огибающей сигнала произюдят колебания фазы, которые могут повлиять на достоверность передачи при использовании любой схемы, основанной на модулировании фазы (такой, как PSK или DPSK).

4. В офаничителях с резким порогом, ослабление слабых сигналов относительно сильных составляет порядка 6 дБ [2]. В лампах бегущей волны, работающих в режиме насыщения, подавление слабых сигналов происходит вследствие не только Офаничения, но и того, что механизмы связывания сигнала в лампе оптимизированы в пользу сильных сигналов. В результате слабые сигналы могут ослабляться на 18 дБ [17].



Общепринятые нерегенеративные ретрансляторы обычно работают с режекцией из области высокого насыщения; это делается, чтобы избежать заметных комбинационных помех, и, следовательно, позволяет эффективно использовать всю полосу системы. Впрочем, режекция в линейную область - это компромисс; для получения полезного уровня выходной мощности некоторый уровень комбинационных помех должен быть приемлемым.

5.8. Системные компромиссы

Пример бюджета канала связи, приведенного в табл. 5.3, - это документ распределения ресурсов. Подобное табулирование канала связи позволяет исследовать потенциальные компромиссные проекты системы и оптимизировать производительность системы. Бюджет канала - это естественная начальная точка для рассмотрения всех потенциальных компромиссов: резерв или щум-фактор, размер антенны или мощность передатчика и т.д. В табл. 5.4 приведен пример расчетов для изучения возможных компромиссов между мощностью наземной передающей станции и шум-фактором в принимающем оконечном устройстве. Первая строка таблицы взята из бюджета канала, приведенного в табл. 5.3. Допустим, что вследствие некоторых физических ограничений на передающем наземном терминале системный инженер решил, что передатчик мощностью 500 Вт является непрактичным или что подобный передатчик дает системе излишне богатый канал земля-спутник (система плохо спроектирована). После этого инженер должен рассмотреть компромиссы между значением мощности передатчика и резервом мощности, учитывающим тепловой шум. Расчет потенциальных компромиссов является тривиальной задачей для компьютера. Табл. 5.4 была создана путем многократного повторения вычисления бюджета канала, причем при каждом следующем повторении значение Р, уменьшалось вдвое.

(W) laquo;

(W)rf

(W)o6m

Резерв

Л(МО

(дБГц)

(дБГц)

(дБГц)

(дБ)

500,0

82,6

66,9

66,8

250,0

79,6

66,8

66,6

125,0

76,6

66,6

66,2

62,5

73,6

66,3

65,5

31,3

70,5

65,7

64,5

15,6

67,5

64,8

62,9

64,5

63,3

60,8

61,5

61,4

58,4

-1,6

58,4

59,0

55,7

-4,3

55,4

56,4

52,9

-7,2

52,4

53,6

49,9

-10,1

Каждое значение мощности передатчика (с шагом 3 дБ) - это выбор передатчиков, каналов земля-спутник и спутник-земля и энергетического резерва. Системный инженер должен всего лишь внимательно рассмотреть перечень, чтобы найти вероятного кандидата. Например, если инженера удовлетворяет резерв порядка 3-4 дБ,

5.8. Системные компромиссы 323



он может снизить мощность передатчика с 500 Вт до 20 или 30 Вт. Он может также пожелать создать передатчик с мощностью, скажем, Р, = 100 Вт с дальнейшим использованием дополнительных компромиссов (возможно, руководствуясь опасениями относительно одной из подсистем, скажем антенны). Затем инженер создаст новую таблицу при фиксированном Р, = 100 Вт и снова выполнит последовательное вычисление бюджетов канала для создания подобного перечня других возможных компромиссов.

Заметим, что из табл. 5.4 можно определить обсуждавшиеся ранее области передач, офаниченных каналами земля-спутник и спутник-земля . В первых строках, где отношение SNR в канале земля-спутник велико, уменьшение SNR этого канала на 3 дБ приводит к потере общего SNR всего на несколько десятых децибела. Системы с подобными характеристиками ограничены каналом спутник-земля ; т.е. офаничения на производительность систем накладывают в основном параметры канала спутник-земля и система слабо реагирует на изменения параметров канала земля-спутник . В нижних строках таблицы изменение отношения SNR в канале земля-спутник на 3 дБ меняет общее отношение SNR практически на те же 3 дБ. Здесь мы имеем дело с системами, ограниченными каналом земля-спутник , т.е. основные офаничения на производительность системы определяют параметры канала земля-спутник .

5.9. Резюме

Среди множества анализов, поддерживающих разработку систем связи, бюджет канала связи занимает особое место, поскольку он позволяет охватить систему в целом. Изучая бюджет канала, можно узнать много полезного относительно структуры и производительности всей системы. Например, из энергетического резерва канала связи можно получить информацию о том, как система соответствует поставленным требованиям - с запасом, впритык или вообще не соответствует. Очевидными становятся все аппаратные офаничения и возможности их компенсации за счет других частей канала связи. Бюджет канала часто используется для рассмотрений компромиссных проектов системы и изменений конфигурации; кроме того, он способствует пониманию нюансов на уровне подсистем и взаимозависимости элементов системы. Объединенный с другими методами моделирования, бюджет канала может помочь предсказать вес, размер и стоимость системы. В данной главе показано, как формулируется этот бюджет и как можно его использовать для определения компромиссов. Стоит также отметить, что бюджет канала - это один из самых важных документов системного администратора; он представляет итоговый подсчет , результат поиска системы с оптимальной достоверностью передачи.

Литература

1. Panter Р. Р. Communication Systems Design: Line-of-Sight and Tropo-Scatter Systems. R. E. Krieger Publishing Co, Inc., Melbourne, Иа., 1982.

2. Jones J. J. Hard Limiting of Two Signals in Random Noise. IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 1T9, January, 1963.

3. Silver S. Microwave Antenna Theory and Design. MIT Radiation Laboratory Series, Vol. 12, McGraw-Hill Book Company, New York, 1949.

4. Kraus J. D. Antennas. McGraw-Hill Book Company, New York, 1950.

5. Johnson J. B. Tbermal Agitation of Electricity in Conductors. Phys. Rev., vol. 32, July, 1928, pp. 97-109.

6. Nyquist H. Thermal Agitation of Electric Charge in Conductors. Phys. Rev., vol. 32, July, 1928, pp. 110-113.



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