Проектирование цифровых систем спутниковой связи (стр. 1 из 5)
Московский технический университет связи и информатики
Кафедра систем радиосвязи
Курсовой проект
"Проектирование цифровых систем спутниковой связи"
Выполнила: Сырцева А. Ю.
Группа: МС0601
Проверила: Сухорукова И.Ю.
Москва, 2010
1.Методы обработки сигналов в проектируемой спутниковой системе связи и метод многостанционного доступа
| Исходные данные | ||
| 1 | Скорость передачи цифрового сигнала, кбит/с | 256 |
| 2 | Скорость кодирования | 3/4 |
| 3 | Название ИЗС и его позиция на ГО, град | Экспресс - 140 |
| 4 | Количество потоков одной ЗС | 6 |
| 5 | Диапазон частот, ГГц | 6/4 |
| 6 | Выходная мощность передатчика на ствол, Вт | 100 |
| 7 | Номер кривой МШУ | 2(6) |
| 8 | Полоса ствола, МГц | 40 |
| 9 | Диаметр антенны, м | 5 |
| 10 | Название территории | Якутия |
К настоящему времени в ССС цифровые методы передачи сигналов практически полностью вытеснили аналоговые. Последние применяются еще иногда при передаче сигналов ЗВ и ТВ вещания (частотная модуляция с большим индексом). При цифровой передаче используется фазовая модуляция и ее разновидности с количеством уровней 2, 4 или 8 (2ФМ, 4ФМ, 8ФМ), причем чаще всего наиболее оптимальным методом оказывается 4ФМ. КАМ с более высокой кратностью применяется реже по причине высокой чувствительности к искажениям в тракте ретранслятора КС и мощном передатчике ЗС, а также трудности достижения высокого отношения "несущая-шум" на входе демодулятора приемной ЗС.
Характеристики формирующих фильтров в модуляторе и демодуляторе выбирают таким образом, чтобы спектр цифрового сигнала на выходе тракта (входе решающего устройства) был равномерным со "скруглением" по краям в форме "приподнятого косинуса" с коэффициентом скругления, а = 0,2...0,35. Это обеспечивает отсутствие межсимвольных искажений при достаточно высокой эффективности использования радиочастотного спектра. Так как каналы и тракты спутниковых линий входят в национальные и международные сети связи общего пользования, к их качественным показателям предъявляются весьма жесткие требования. Поэтому при передаче цифровых сигналов в ССС применяют помехоустойчивое кодирование, называемое также прямым исправлением ошибок (ПИО) (в отличие от исправления ошибок путем повторной передачи искаженных данных) или FEC в англоязычной литературе.
Сегодня хорошо разработаны и широко применяются коды ПИО двух основных классов.
Блоковые коды
Последовательность данных делится на блоки из к символов ; каждому блоку ставится в соответствие кодовая комбинация из n символов (n > k), которая передается по каналу связи; добавленные r = n - k символов называются проверочными; код характеризуется кодовой скоростью R= k/n и максимальным количеством ошибок t в кодовой комбинации, которое он может исправить.
Свёрточные коды
Избыточные символы добавляются непрерывно; очередная передаваемая кодовая комбинация зависит не только от очередного блока информационных символов на входе кодера, но и от блоков, поступивших ранее (кодер содержит память на S двоичных элементов входного сигнала); длина блока информационных символов к обычно бывает небольшой (от одного до семи бит); число п символов, появляющихся на выходе кодера в ответ на каждый входной блок, определяет скорость кода R= k /п.
Применение ПИО позволяет не только повысить достоверность передаваемой информации, но и получить энергетический выигрыш (ЭВК), на величину которого может быть уменьшена мощность передатчика.
Платой за этот выигрыш является расширение полосы частот, занимаемой радиосигналом из-за необходимости передачи избыточных проверочных символов. Величина выигрыша зависит от кодовой скорости R, способа кодирования и алгоритма декодирования. В ССС обычно применяют сверточные коды с S < 10 (типичное значение S = 7) и кодовыми скоростями R, выбираемыми из ряда 1/2, 2/3, 3/4 и 7/8. Для декодирования используют алгоритм, предложенный А. Витерби. При этом ЭВК достигает 5...6 дБ при R=l/2 и коэффициенте ошибок на выходе декодера 106. Для получения больших значений ЭВК и меньших коэффициентов ошибок (в системах передачи цифрового ТВ) применяют каскадное кодирование. В качестве первого (внешнего) кода используют блоковый код (обычно код Рида-Соломона). Затем символы получившихся кодовых комбинаций перемежают (переставляют в определенном порядке) и подают на второй (внутренний) кодер, обычно сверточный. Декодирование осуществляется в обратном порядке: вначале декодируется внутренний код, затем символы декодированного сигнала подвергают деперемежению (переставляют на исходные позиции), в результате чего пакеты ошибок "разбиваются" на одиночные ошибки (которые легче исправить), затем декодируется внешний код. Величина ЭВК при каскадном кодировании достигает 8...9 дБ.
В последние годы находит все большее применение новый класс помехоустойчивых кодов - турбокоды. Турбокод образуется параллельным каскадированием двух или более систематических кодов. В качестве компонентов в нем могут использоваться блоковые коды БЧХ, Рида-Соломона и даже сверточные, работающие в блоковом режиме. Использование турбокодов позволяет вплотную приблизиться к границе Шеннона.
Методы многостанционного доступа, применяемые а сетях VSAT.
Многостанционный доступ в сетях VSAT обычно организуют на основе метода частотного разделения (МДЧР) в режиме закрепленных каналов между станциями с интенсивным трафиком или в режиме МДЧР с предоставлением каналов по требованию (МДЧР-ПКТ) для интерактивного трафика. В интерактивном режиме передачи информации станции сети VSAT осуществляют доступ к выделенным в стволе ретранслятора несущим на основе метода временного разделения (МДВР), в том числе по протоколу со случайным доступом типа ALOHA [2, стр. 371]. В сетях для передачи телефонии входящие каналы VSAT-ЦЗС организуют с частотным разделением типа "один канал на несущую" (МДЧР-ОКН) и экономичными скоростями передачи 16/24/32 кбит/с, предоставляемые абонентам телефонной сети на все время соединения. Присвоение частотных каналов на постоянной основе РАМА (Permanently Assignment Multiple Access) целесообразно, когда сеть VSAT соединяет абонентов 24 часа в сутки (долговременный сервис) и может быть изменено в любое время посредством процедуры динамического переназначения. Присвоение частотных каналов по запросу DAMA (Demand Assignment Multiple Access) целесообразно, когда сеть VSAT функционирует как коммутируемая система или АТС, позволяющая учрежденческим ПЗС подключаться к ЦЗС. Возможны два варианта подключения: полностью переменное соединение и соединение с переменной точкой назначения. Оба этих типа DAMA требуют исходящего и ответного входящего пакетов.
Иногда может применяться многостанционный доступ с кодовым разделением сигналов (МДКР), позволяющий наиболее эффективно решать проблему электромагнитной совместимости (ЭМС) сетей VSAT с наземными и другими спутниковыми, сетями, но уступающий МДВР и МДЧР по эффективности использования пропускной способности спутникового ретранслятора.
Рассмотрим подробнее организацию многостанционного доступа в сетях типа "звезда". В сетях типа "звезда" различают исходящие (ЦЗС-ПЗС) и входящие (ПЗС-ЦЗС) спутниковые каналы, которые образуются на основе МДЧР в выделенной для сети VSAT полосе частот ствола спутникового ретранслятора.
В сетях VSAT с большим числом периферийных терминалов каждому исходящему каналу ЦЗС обычно соответствует несколько (0,1,2,...,n) входящих каналов (п < 32), используемых различными группами терминалов VSAT. Структура входящих и исходящих каналов в каждом конкретном случае определяется на основе требований к сети связи, составу сети, видам и скорости передаваемой информации. В одной сети может быть организовано несколько исходящих и соответствующих им входящих каналов.
Исходящий канал ЦЗС-ПЗС организуется обычно как канал на отдельной несущей с временным разделением (ВР) и пакетированием передаваемой информации. Скорость передачи информации в исходящем канале определяется общим объемом радиального трафика от ЦЗС сети к группе обслуживаемых периферийных терминалов VSAT. Типовые скорости передачи информации в исходящих каналах действующих сетей VSAT 256... 2048 кбит/с, метод модуляции — 2ФМ или 4ФМ. ЦЗС передает информацию в исходящем канале в виде непрерывного сигнала с регулярной кадровой структурой, называемой фреймом (frame) или кадром и состоящего из временной последовательности информационных пакетов, повторяющих классическую структуру пакетов систем с ВР: 1) флаг начала пакета (преамбула), 2) заголовок пакета, 3) блок данных (полезная информация), 4) проверочная последовательность (исправление ошибок), 5) флаг окончания пакета (постамбула). Границы кадра обозначаются уникальным словом (UW) и блоком служебной информации, которые используются для сетевой кадровой синхронизации пакетов, передаваемых терминалами VSAT во входящих каналах VSAT-ЦЗС, и для управления терминалами VSAT по протоколам S, R-ALOHA.
Совокупность передаваемых в исходящем канале ЦЗС пакетов предназначена (адресуется) группе периферийных терминалов VSAT.
| Граница кадра | Преамбула | Заголовок пакета | Полезная информация | Проверочная последовательность | Постамбула | Граница кадра |
Каждый терминал VSAT по коду адресного поля в заголовке пакетов принимает только адресованные этому терминалу пакеты из переданной последовательности. Другие пакеты пропускаются (игнорируются). Существуют три стандартных длительности фрейма для сетей VSAT: 10, 15 и 20 мс, причем кадр длительностью 10 или 20 мс предназначен для европейского стандарта СЕРТ и потока Е1 (2048 кбит/с), а длительностью 15 мс - для североамериканского стандарта DS1 потока Т1 (1544 кбит/с).