8.5. Многостанционный доступ и методы разделения сигналов

Многостанционный доступ - это одновременная передача сигналов ряда земных станций через один, общий для всех, ствол спутникового ретранслятора. Чтобы сигналы различных станций не влияли друг на друга, эти сигналы должны быть полностью разде­ ляемыми. Используется разделение сигналов по частоте, по вре­ мени и по форме [8 3].

В качестве упрощенного примера (рис. 8.2,а) показана сис­ тема многостанционного доступа для четырех земных станций, работающих по принципу "каждая с каждой" При этом космическая станция может иметь одну приемопередающую антенну для рабо­ ты со всеми земными станциями. Существуют системы многостан­ ционного доступа с частотным разделением (МДЧР), временным разделением (МДВР) и кодовым разделением (МДКР).

При МДЧР полоса частот ретранслятора П делится между всеми земными станциями (рис. 8.2,6). Между полосами, выделен­ ными для соответствующих земных станций, предусмотрены за­ щитные частотные интервалы (рис. 8.2,6- ЗЧИ), необходимые для уменьшения переходных помех между сигналами соседних земных станций, возникающие при одновременном прохождении сигналов через нелинейные устройства. Поскольку передаваемыми сигна­ лами занята не вся полоса частот, пропускная способность ретранслятора уменьшается. Таким образом, существенным не­ достатком систем космической связи с МДЧР является неэффек­ тивное использование полосы частот ретранслятора и его мощно­ сти. К тому же в подобных системах необходимо поддерживать повозможности одинаковые уровни мощности принимаемых сигналов на космической станции для избежания эффекта подавления сла­ бого сигнала сильным в нелинейных устройствах ретранслятора.

Сигналы от разных земных станций приходят на космический ретранслятор по разным путям, по этой причине условия распростра­ нения для них независимы. Поэтому на каждой станции измеряют ослабление сигнала на участке Земля-спутник для автоматической регулировки выходной мощности передатчика земной станции.

С ростом числа несущих целесообразность передачи много­ канальных телефонных спектров на каждой из них уменьшается из-за резкого уменьшения пропускной способности ретранслятора. При этом выгоднее каждому телефонному каналу предоставить свою несущую. Такой принцип передачи получил название ОКН - один канал на несущую. Для повышения эффективности в систе­ мах с ОКН уменьшают загрузку ретранслятора подавлением излу­ чения несущей в передатчике земной станции на время молчания

абонента, пауз между словами, предложениями и т.п. Уменьшает­ ся мощность переходных помех между соседними каналами, что позволяет уменьшить защитные частотные интервалы и увеличить емкость ствола.

ИСЗ

б)

в)

г)

В системах с МДВР используют цифровую модуляцию, при этом цикл передачи Тц распределяется между всеми земными станциями (рис. 8.2,в). В начале цикла выделяют время tc для пе­ редачи сигналов общесистемной синхронизации (синхропакета С). Интервалы времени t, обозначенные цифрами 1-4 отведены для передачи сигналов с соответствующих земных станций (информа­ ционные пакеты). Пакеты отделены друг от друга защитными вре­ менными интервалами t3, чтобы избежать перекрытия пакетов при неидеальной синхронизации. Синхропакет вырабатывает ведущая земная станция и через космическую станцию передает на все ос­ тальные (ведомые) земные станции. По получению синхропакета земная станция определяет время начала связи, при котором пе­ редаваемые ею сигналы поступают в ретранслятор точно в отве­ денное для нее время. Учитывается также время, затрачиваемое на прохождение синхропакета от космической станции, и время распространения информационного пакета до нее. Поскольку зна­ чения этих составляющих времени непрерывно изменяются при перемещении спутника по орбите, необходимо обеспечить высо­ кую точность системы синхронизации: оно составляет десятки пикосекунд.

Информационный пакет земной станции (рис.8.2,г) состоит из вводной части В и информационных символов С2-С4, адресо­ ванных разным земным станциям. Вводная часть включает сигнал опознавания передающей земной станции, сигналы служебной связи, сигналы восстановления несущей на приеме и тактовой синхронизации и др. С увеличением числа земных станций время, выделяемое для работы каждой из них, сокращается, а требова­ ния к точности общесистемной синхронизации возрастают. Именно сложность системы синхронизации определяет основной недоста­ ток систем связи с МДВР В то же время, в отличие от системы

сМДЧР, не требуется регулировка мощности передатчика земной станции, так как при МДВР сигналы проходят через ретранслятор поочередно; поэтому усилитель мощности на космической станции может работать в нелинейном режиме, что позволяет эффективно использовать его выходную мощность. По мере развития цифро­ вой техники системы МДВР получают все более широкое распро­ странение. Среди них наиболее перспективными считают МДВР

скоммутацией на борту.

Принцип работы подобной системы связи (рис.8.2,а) можно пояснить следующим образом. На спутнике установлены две четы­ рехлучевые антенны - передающая и приемная, а также высокоско­ ростной бортовой коммутатор для автоматического выбора рабочих лучей антенн. На каждую из земных станций приходят только адре­

сованные ей информационные пакеты. Затем коммутатор переклю­ чается на прием сигнала от следующей станции и т.д.

При МДКР сигналы от всех земных станций передаются в одной полосе частот одновременно через ретранслятор. Сигна­ лы разных земных станций разделяются с помощью своего инди­ видуального кода, излучаемого каждой передающей станцией. В приемнике выделяются сигналы с кодами, предназначенными для данной станции. В системах с кодовым разделением исполь­ зуются шумоподобные сигналы (ШПС), их разделение в приемнике обеспечивается с помощью техники корреляционного приема. Системы с МДКР обладают рядом важных свойств: низкая спек­ тральная плотность излучаемых сигналов улучшает условия элек­ тромагнитной совместимости; они имеют высокую помехоустойчи­ вость, особенно от узкополосной помехи; в этих системах благода­ ря кодированию автоматически обеспечивается определенная степень закрытости передаваемой информации.

Однако по сравнению с системами с МДВР и с МДЧР систе­ мы с МДКР обладают более низкой эффективностью использова­ ния полосы частот, поскольку применение ШПС приводит к суще­ ственному расширению полосы частот по сравнению с полосой модулирующего сигнала. По этой причине в системах с МДКР пе­ редают преимущественно сравнительно низкоскоростную инфор­ мацию; до 9,6... 19,2 кбит/с. Основными помехами в системах с МДКР являются не тепловые шумы приемника, а излучения дру­ гих станций сети, совмещенные с полезным сигналом как по часто­ те, так и по времени, это обстоятельство ограничивает число стан­ ций в сети. Влияние бортового ретранслятора в системе с МДКР проявляется аналогично системе с МДЧР' в подавлении слабого сигнала сильным и в появлении дополнительных помех из-за не­ линейных явлений.

8.6. Классификация земных станций

Земные станции - самая многочисленная часть сети спутни­ ковой связи; число земных станций, работающих через один спут­ ник, может достигать десятков тысяч. Земные станции спутниковой связи и вещания существенно различаются по функциональному назначению, пропускной способности, составу и стоимости, что усложняет возможность их четкой классификации. Ориентировоч­ но земные станции мо>кно объединить в следующие группы [8.4]:

1. Центр, представляющий собой сложный производстве ный комплекс, объединяющий на одной территории несколько земных станций, работающих в одной или разных спутниковых се­

тях, но решающих общую функциональную задачу. Он обеспечи­ вает обмен большими потоками информации (3-5 телевизионных программ, 500-2000 телефонных каналов), имеет большой состав оборудования и значительный обслуживающий персонал.

2.Центральные станции, входящие в состав центров. Они, как правило, также имеют достаточно большую пропускную спо­ собность (2-4 телевизионных и 500-600 телефонных каналов) и, помимо приема и передачи информации, осуществляют управле­ ние сетью связи и контроль качества каналов.

3.Станции спутниковой связи 1 и 2 класса - периферийные станции системы. Они обычно имеют антенны диаметром около 12 м и пропускную способность 1-2 телевизионных и 24-60 теле­ фонных каналов; размещаются в крупных городах и населенных пунктах и имеют магистральные телевизионные и телефонные ка­ налы с центральной и другими станциями сети. У станций класса 2 меньший диаметр антенны (3...5 м), их пропускная способность - 1 телевизионный или 2-12 телефонных каналов; эти станции уста­ навливают в небольших городах и населенных пунктах для органи­ зации каналов в зоновых сетях.

4.	Станции спутникового телевизионного вещания классов
1 и 2 -	массовые приемные станции, охватывающие центральны­

ми и республиканскими программами телевидения всю террито­ рию страны. Станции класса 1 обеспечивают прием высококачест­ венных телевизионных программ, которые распределяются далее с помощью местных телецентров или с помощьюретрансляторов. Станции класса 2 распределяют телевизионные программы с по­ ниженным качеством в населенных пунктах с небольшим количе­ ством жителей с помощью маломощных ретрансляторов и сетей кабельного телевидения.

5. Перевозимые станции с антеннами сравнительно неболь­ ших размеров (2-7м) как правило размещают на транспортных средствах. Эти станции организуют актуальные передачи с места событий, временные каналы на осваиваемых территориях, резер­ вирование существующих спутниковых и наземных каналов при авариях и пр. По параметрам перевозимые станции близки к стан­ циям спутниковой связи класса 2; они должны быть мобильными и очень быстро обеспечивать работу после прибытия на место передачи.