Классификация сетей электросвязи (стр. 75 )

• 1200 каналов речевого диапазона (VF); ft один поток данных со скоростью 50 Мбит/с;

• 16 каналов со скоростью 1,544 Мбит/с в каждом;

• 400 каналов со скоростью 64 Кбит/с в каждом;

• 600 каналов со скоростью 40 Кбит/с в каждом;

• один аналоговый видеосигнал;

• от шести до девяти цифровых видеосигналов.

Рисунок 10.6 - Типичный план распределения частот спутникового транспондера для нисходящих каналов связи (чтобы составить план для восходящих каналов связи, к приведенным на рисунке значениям следует прибавить 2225 МГц)

Ширина полосы для аналогового видеосигнала может показаться слишком высокой. Рассчитаем ее, используя правило Карсона. Ширина полосы видеосигнала, сопровождаемого аудиосигналом, приблизительно равна 6,8 МГц. Затем суммарный сигнал посредством частотной модуляции (FM) переносится на несущую 6 ГГц. Максимальное отклонение частоты сигнала при использовании этой процедуры равно AF= 12,5 МГц. Определим ширину полосы передаваемого сигнала:

ВТ = 2ДF + 2В = 2(12,5 + 6,8) = 38,6 МГц,

что приемлемо для транспондера на 36 МГц.

В цифровом видео использование сжатия может привести к тому, что скорость передачи данных в одном канале составит 3-5 Мбит/с, в зависимости от того, насколько видеоматериал насыщен движением.

10.3.7.2. Множественный доступ с частотным разделением (FDMA). В предыдущем разделе предполагалось, что спутник используется в качестве промежуточного устройства, обеспечивающего, по сути, двухточечную связь между двумя наземными станциями. Поскольку зона обслуживания спутника весьма велика, он может выполнять гораздо больше функций.

Например, для серии спутников INTELSAT (INTELSAT (International Telecommunications Satellite Organization — Международная организация спутниковых телекоммуникаций) — это консорциум национальных поставщиков спутниковой связи, основанный согласно международному договору. INTELSAT занимается приобретением космических аппаратов, учитывая глобальный спрос на телефонные и телевизионные услуги. Действует консорциум как оптовый продавец, предоставляя участки космического пространства конечным пользователям, работающим на собственных наземных станциях. Представителем Соединенных Штатов в этом консорциуме является COMSAT.

Канал шириной 36 МГц можно разделить, используя уплотнение с частотным разделением, на несколько меньших каналов, в каждом из которых можно использовать частотную модуляцию. Каждый из этих меньших каналов, в свою очередь, несет несколько сигналов речевого диапазона (VF), для чего используется уплотнение с частотным разделением. Возможность получения несколькими наземными станциями доступа к одному и тому же каналу называется схемой FDMA (frequency division multiple access — множественный доступ с частотным разделением).

Количество подканалов, на которые можно разбить спутниковый канал с помощью технологии FDMA, ограничено тремя факторами:

• тепловой шум;

• комбинационные помехи;

• перекрестные помехи.

Воздействие первых двух факторов прямо противоположно. Передаваемый сигнал очень малой интенсивности будет искажаться фоновым шумом. При очень большой интенсивности сигнала нелинейные эффекты, имеющие место в усилителях спутников, приведут к сильным комбинационным помехам. Перекрестные помехи происходят при попытках увеличить пропускную способность путем многократного использования частот. Перекрестные помехи ограничивают применение этой практики, однако не сводят ее на нет. Полосу частот можно многократно использовать в том случае, если имеются антенны, которые могут излучать два поляризованных сигнала одинаковой частоты с ортогональными поляризациями. Если интенсивность сигнала слишком высока, то становится значительной и интерференция.

Возможны две формы FDMA.

• Множественный доступ с фиксированным распределением (fixed-assignment multiple access — FAMA). Распределение пропускной способности спутникового канала между множеством станций производится заранее. В результате значительная часть пропускной способности не используется, поскольку спрос на частоты может меняться в процессе связи.

• Множественный доступ с распределением по запросу (demand-assignment multiple access — DAM А). Распределение пропускной способности среди множества станций меняется с изменением спроса на частоты. Это позволяет оптимально распределить пропускную способность спутника.

10.3.7.3. Временной разделение. Хотя уплотнение с частотным разделением до сих пор широко используется в спутниковой связи, все большую популярность приобретают схемы уплотнения с временньш разделением. Перечислим причины, по которым это происходит.

• Непрерывное падение стоимости цифровых составляющих.

• Преимущества цифровых методов обработки, включая возможность исправления ошибок.

• Повышенная эффективность схем TDM, которая обусловлена отсутствием комбинационных помех.

Как и при частотном разделении, все схемы временного разделения обеспечивают множественный доступ и включают схемы FAMA-TDMA и DAMA-TDMA. Метод FAMA-TDMA, по сути, не отличается от синхронного временного разделения. Передача осуществляется в форме повторяющейся последовательности кадров, каждый из которых делится на несколько временных интервалов. Каждое положение интервала в последовательности кадров соответствует определенному передатчику. Периоды кадров лежат в диапазоне от 10 мкс до более чем 2 мс и состоят из 3-100 интервалов и более. Скорость передачи данных составляет от 10 Мбит/с до более чем 100 Мбит/с.

Типичный формат кадра показан на рис. 10.7. Как правило, кадр начинается с двух опорных пакетов, определяющих начало кадра. Эти два пакета предоставляются двумя разными наземными станциями, так что «стема может продолжать функционировать даже при потере связи с одной из опорных станций вследствие неисправности. Каждый опорный пакет начинается с последовательности для восстановления тактовой синхронизации и несущей, являющейся уникальной и позволяющей синхронизироваться с центральным тактовым генератором. Каждой из N станций выделяется один или несколько интервалов в кадре. Станция использует выделенный ей интервал для передачи пакета данных, состоящего из предварительной последовательности и пользовательской информации. Предварительная последовательность содержит управляющую информацию и информацию о синхронизации плюс данные, идентифицирующие станцию назначения. Отдельные пакеты разделены защитными интервалами, предотвращающими наложение данных.

Рисунок 10.7 - Пример формата кадра TDMA

На рис. 10.8 показан принцип действия систем FAMA-TDMA. Отдельные наземные станции по очереди используют восходящий канал связи и могут помещать пакеты данных в выделенные для них временные интервалы. Спутник ретранслирует входящие данные всем станциям. Таким образом, передача и прием информации каждой станцией осуществляется в определенный временной интервал. Спутник также повторяет опорные пакеты данных, поэтому все станции, принимающие эти пакеты, имеют возможность синхронизировать свою работу.

Рисунок 10.8 - Функционирование системы FAMA-TDMA

Каждый из повторяющихся временных интервалов является каналом и не зависит от других каналов. Поэтому его можно использовать любым способом, по выбору передающей станции. Можно, например, организовать коммутацию, включив в каждый временной интервал поле адреса. Тогда, хотя временные интервалы и останутся закрепленными за станциями, в каждом нисходящем интервале несколько станций смогут ожидать данные, адресованные именно им. С помощью еще одной схемы передающая наземная станция может разделить свой временной интервал на подынтервалы и, таким образом, отправлять данные по нескольким подканалам в одном канале TDMA.

Обычная схема TDMA эффективнее традиционной схемы FDMA, так как на защитные интервалы и управляющие биты TDMA расходуется меньшая пропускная способность, чем на защитные полосы FDMA. Пропускной способности для FDMA падает по мepe увеличения числа каналов. В случае использования схемы TDMA при увеличении числа временных интервалов (тех же каналов) пропускная способность уменьшается гораздо медленнее. Кроме того, при использовании более длинных кадров также увеличивается эффективность связи.

В полосах с более высокой частотой (Ки и К) можно достичь даже большей эффективности. При таких частотах лучи, передаваемые со спутника, можно довольно точно сфокусировать, что позволит передавать много лучей одной и той же частоты в разные зоны. Таким образом, спутник сможет обслуживать довольно много зон, в каждой из которых может находиться много наземных станций. Сообщение между этими станциями в пределах одной зоны осуществляется по обычной схеме FAMA-TDMA. Более того, можно организовать сообщение между станциями, принадлежащими различным областям, если спутник имеет возможность переключать временные интервалы с одного луча на другой. Этот метод известен как TDMA со спутниковой коммутацией (satellite-switched TDMA — SS/TDMA).

10.4 Сотовая связь

Сотовой радиосвязью называется технология, разработанная для увеличения пропускной способности мобильных радиотелефонных услуг. До введения сотовой радиосвязи для предоставления этих услуг требовались передатчики и приемники высокой мощности. Типичная система связи могла обслуживать около 25 каналов и имела эффективный радиус действия около 80 км. Для увеличения пропускной способности такой системы нужно было использовать оборудование более низкой мощности и, следовательно, меньшего радиуса действия при участи в ней нескольких передатчиков и приемников.

10.4.1. Организация сотовой сети. Принцип организации сотовой связи состоит в использовании множества маломощных (100 Вт и ниже) передатчиков. Поскольку диапазон действия таких передатчиков довольно мал, зону обслуживания системы можно разбивать на ячейки, каждая из которых будет обслуживаться собственной антенной. Каждая ячейка, которой выделяется своя полоса частот, обслуживается базовой станцией, состоящей из передатчика, приемника и модуля управления. Смежные ячейки используют разные частоты, чтобы избежать интерференции или перекрестных помех. В то же время ячейки, находящиеся на довольно большом расстоянии друг от друга, могут использовать одинаковые полосы частот.