са множествен достъп с честотно делене FDMA TDMA TDM множественият достъп и мултиплексирането са две различни концепции и както е отбелязано в CCIR Report

CDMA CDMA SSMA PAMA

“преназначени”, което означава, че те са разпределени върху фиксирана или отчасти фиксирана база до определени потребители. Следователно тези вериги не са подходящи зо общо ползване. Преназначаването е просто за реализация, но е ефективно само за вериги с продължителен натоварен трафик. Алтернатива на преназначаването е множествен достъп с търсене и назначаване (DAMA DAMA

FDMA TDMA CDMA

SDMA

Telesat Canada FDM FM m G T dB K

FDMA

FDM FM FDMA FDM FM SSBSC uplink

Прието е, че приемо-предавателните лъчи от сателитната антена са глобални, заобикалящи и трите земни станции. Всяка земна станция излъчва една носеща в посока uplink downlink

FDM FM

FDMA

uplink MHz MHz downlink GHz FDM FM MHz MHz

Telesat Canada FDM FM FDMA [G T dB K [G T dB K

single channel per carrier SCPC SCPC

FM FDMA

Intelsat SCPC MHz kHz kHz QPSK PCM MHZ I kHz SCPC I Hz SCPC Miya AFC

Intelsat SCPC TWT TWT FDMA

Intelsat SCPC

SCPC FDMA

SCPC Telesat Canada Thin Route Message Facilities PSK/SCPC m G T dB K m

FDMA с търсене и назначаване

FM SCPC PSK SCPC

За такава система забавянето от допитването има тенденция да се увеличи неимоверно много при увеличаване на броя на участващите земни станции. Вместо с използване на допитваща последователност, при възникнала нужда земните станции могат да заявяват повиквания директно през главната земна станция. Това е отбелязано като случаен достъп с централизиран контрол. Заявките за повикване преминават през цифрова верига, която е или теснолентова цифрова радиовръзка, или верига, минаваща през сателитния транспондер, която е резервирана за тази цел. Ако са подходящи, честотите се назначават от главната станция и когато повикването приключи, те отново се освобождават. Ако няма свободни честоти, блокираните заявки зе повикване могат да бъдат поставени да чакат на опашка или да бъде направен втори опит за повикване от станцията, търсеща връзка.

и той е познат като случаен достъп с разпределен контрол. Добра илюстрация на такава система е Spade Intelsat

Spade

Spade Spade single channel per carrier pulse code modulated multiple access demand assignment equipment Spade Comsat Intelsat Martin Intelsat SCPC Common Signaling Channel CSC

Spade

CSC kHz и нейната централна честота е на отстояние 18,045 MHz CSC 1’ MHz

CSC A B C D E F CSC F F CSC канала. Станция F CSC CSC F ms CSC F

Spade

CSC

CSC F Spade CSC DASS CSC

CSC Spade SCPC

TWT

B_TR FDMA K B_TR B EIRP Equivalent isotropically radiated power B_TR

EIRP C N EIRP C N

FDMA downlink

FDMA carrier to noise

C N carrier to noise REQ C N

(12.2)

noise to carrier carrier to noise

d wnlink uplink

(12.4)

FDMA B downlink [EIRP _D

B_N B carrier to noise

(12.6)

EIRP B_TR

(12.7)

(12.8)

(12.9)

Да разгледаме сега ефекта от ограничението на мощността. Приемаме, че FDMA

(12.10)

B_TR B_TR B_TR

(12.11)

(12.12)

K

(12.14)

BO _O BO back off back off

MHz EIRP d W G T dB K dB FDMA MHz back off dB carrier to noise downlink back off carrier to noise uplink

Mathcad dB back off BOdB

B_TR MHz BdB_TR : = 10 log (B_TR /Hz)

B MHz BdB log B Hz

EIRP

EirpdBW_S

Back off

BOdB_O

LOSSESdB

G T

GTRdB

CNRdB_D EirpdBW_S GTRdB LOSSESdB BdB_TR

CNRdB_D

αdB BOdB_O у-ние(12.11)

KdB αdB BdB_TR BdB у-ние(12.11)

	KdB/10

K K

back off

TDMA

TDMA TWT

bursts), TDMA TDMA R

bit rate T_F

M R_b T_F

R_b по време на продължителността на рамката. Тези М бита са предадени като бърст в следващата рамка, без да се прекъсва последователността на входа. М битовете са предадени по времето на бърста T

R_T = M / T_B = R_b T_F / T_B

burst rate bit rate T_F

T_F дори и ако действителното закъснение между предаващите и приемните буфери се приеме за нула, приемащата страна отново ще трябва да изчака да измине време T_F , преди да приеме първия излъчен бърст. В геостационарната сателитна система действителното закъснение при разпространение е значителна част от секундата и допълнителни закъснения в резултат на други причини могат да бъдат пренебрегнати. Пореди по-горе изброените причини се ограничава продължителността на рамката, макар че при съществуващата техника има други фактори, които ограничават допълнително тази продължителност. Периодът на рамката обикновено се избира да бъде 125μs, като това е стандартния период, използван в телефонните системи с импулсно-кодова модулация PCM PCM PCM

TDMA TIMs MUX preamble RF RF

TDMA

RF носещата е преобразувана в междинна честота (IF), която в последствие е демодулирана. Детекторът, отделящ “етикета”, осигурява съгласуваща информация за предаване и приемане заедно със синхронизиращ сигнал за фазовия демодулатор, описан в следващия раздел. В много системи станцията приема своето собствено излъчване заедно с други такива в рамката, които могат да бъдат използвани за бърст съгласуване. Бърстът за сравнение трябва да осигури в началото на всяка информация за синхронизация на бърстовете (тези функции са описани по-нататък в раздел 12.7.4). В международната мрежа Intelsat са използвани най-малко две станции за сравнение, една от които по-нататък е избрана за главна първична станция. Всяка първична станция е дублирана от вторична станция за сравнение, като общият им брой става четири. Фактът, че всички станции за сравнение са еднакви означава, че която и да е от тях може да стане главна станция. Общото съгласуване в системата се осигурява от часовник с висока стабилност, намиращ се в главната станция, чиято точност е 10^-11 . Часовникът в сателита е сверен с този в главната станция и той действа като часовник за всички други участващи земни станции. Сателитният часовник ще осигури постоянна продължителност на рамката, но участващите земни станции могат да направят корекции според промените в сателитния обхват, така че предадените бърстове от всички земни станции да достигнат сателита в синхронизъм. Подробности за изискванията за съгласуване могат да се намерят в Spilker, 1977.

DMA

Първият опорен бърст, който маркира началото на рамката, е предаден члез главната първична станция за сравнение и съдържа съгласуваща информация, нужна за усвояване и синхронизация на бърстовете. Вторият опорен бърст, който е предаден чрез вторичната станция за сравнение, осигурява синхронизация, но не носи информация за усвояване на бърстовете. Вторичният опорен бърст се игнорира от приемащите земни станции, освен ако не се повреди главната първична станция.

Guard Time G

Carrier and bit timing recovery CBR CBR CBR времеинтервала, е модулирана с известна фазово-изменена последователност, която позволява да се възстанови битовото съгласуване. Точното битово съгласуване е нужно за изпълнението на функцията дискретизация и запомняне (sample and hold

Burst code word BCW BCW BCW BCW BCW

Station identification code SIC Intelsat Intelsat системата забавянето в резултат от разпространението на сигнала се изчислява чрез измерванията, направени от станцията за сравнение и предадени до земната станция като отговор по канала за координация и закъснение. Други канали в Intelsat burst

TTY

SC

VOW

VOW

Preamble and Postamble

Етикета е началната част на трафичния бърст, която носи информация, сходна с тази в опорния бърст. При някои системи разположението на каналите в опорния бърст е идентично на това в етикета. Етикетът не пренася трафик. На фиг. 12.13 единствената разлика между етикета и опорния бърст е тази, че етикета осигурява поръчков жичен (Order wire OW Intelsat Coordination and delay channel - CDC

Postamble

TDMA Phase locked loop PLL hang up

Intelsat ms b R QPSK

Quadrature Phase shift keying QPSK QPSK MHz utomatic frequency control AFC MHz MHz AFC Voltage controlled oscillator VCO AFC PLL MHz VCO

AFC

Проблем при метода с фазова детекция може да бъде междубърстовата интерференция, породена от енергията, съхранена в детекторната верига за който и да е бърст. За да се предотврати тази интерференция е нужно внимателно проектиране на детекторната верига и възможност за използване на интервала за възстановяване (postamble Gagliardi

unique word start of receiving frame SORF uplink Spilker

burst time plan SORF SORF t_A T_A SORF t_B T_B SORF ms

TDMA FDMA burst position acquisition burst position synchronization

SORF

open loop timing control ms adaptvie open loop timing

loopback timing control Обратната връзка е свързана с факта, че земната станция приема своето собствено предаване, от което може да определи обхвата. Следователно метода с обратна връзка може да бъде използван тогава, когато сателита излъчва глобално или когато регионалните лъчи обхващат всички земни станции в мрежата. За процеси на усвояване са подходящи няколко метода, но като цяло те изискват да бъде осигурен някакъв вид определяне на обхвата, така че те осигуряват ограничена оценка за позицията на времеинтервалите. При един метод, трафичната станция предава бърст с ниско ниво, съдържащ само етикета. Нивото на мощност е с 20-25 dB s SORF direct closed loop feedback

feedback timing control . Когато трафичната станция се намира извън сателитния лъч, съдържащ нейното собствено предаване, методът с отворена обратна връзка, разбира се, не е точен и могат да бъдат използвани други методи, за да може станцията да приеме обхождащата информация. Когато синхронизиращата информация е предадена обратно към земната станция от друга, отдалечена от нея станция, говорим за контрол със зaтворена обратна връзка feedback closed loop control Intelsat acquisition stage), отдалечената станция може да върне обратно информация за направляване на позиционирането на късия бърст, а след като бъде усвоен правилния времеинтервал, може да бъде върната обратно необходимата синхронизираща информация.

TDM SORF SOTF

SORF D_A D_B SOTF SOTF SOTF t_A D_A t D i D_i

2t_i D_i C (12.17)

Intelsat ms

t_i Intelsat ms D_i Intelsat D_i s D_i DC D_i Nuspl de Buda Aloha Rosner TDMA

unique word UW BCW TDMA UW UW UW UW UW UW

UW

UW N I UW

I UW

I > E N UW UW

BER N I

p_I p^I p ^{N I}

N I _NC_p

N I

P_{I N}C_I p_I (12.20)

UW UW I I > E

(12.22)

UW I Mathcad

N E p

P_miss . 10^-13

Сега разглеждаме последователносттa N, която не е UW, но която е била приета за UW, дори ако се различава от UW по определен брой позиции на битовете E и нека I да бъде действителния брой битови позиции, по който случайната последователност се различава от UW. Така E съответства на броя допуснати грешки, разглеждани спрямо UW, въпреки че те могат да не бъдат грешки за съобщението, което е представено с тези битове. I UW. Като се вземе предвид равенство UW

(12.23)

N ^{N N}

P_F ^N W

(12.25)

I BER Mathcad

N E

P_F = 6.9 . 10^-7

UW

12.7.6 Трафични данни

FDMA TDMA

12.7.7 Ефективност на рамката и капацитет на канала

Frame efficiency FE

FE η_F (12.26)

η_F (12.27)

Добавените битове overhead bits

При фиксиран брой добавени битове, равенство (12.27) показва, че по-висока ефективност се постига чрез по-дълга рамка или по-голям брой общи битове. Обаче по-дългите рамки изискват по-голяма буферна памет и добавят допълнително закъснение от разпространение. Синхронизацията също ще бъде затруднена от гледна точка на това, че позицията на сателита се изменя във времето. Ясно е също, че по-малкият брой добавени битове също увеличава ефективността, но намалените синхронизиращи и защитни интервали изискват по-сложно оборудване.

Intelsat

Обща дължина на рамката : 120 832 символа

Трафични бърстове за рамка : 14

Опорни бърстове за рамка: 2

Защитен интервал: 103 символа

P

CDC

R

OH

R_b n n R_b η_F R

n R_b η_F R

n η_F R R_b

Intelsat kb s QPSK ms

ms ms

QPSK R_T Mb s

TDMA

TDMA CSC Spade CSC ms kb s CSC kHz

SU , показана на фиг.12.19, е тази част от бърста за данни, SCPC SU

CSC Spade

TDMA Intelsat

Intelsat Intelsat PCM QPSK

PCM kHz PCM kb s SC kb s Mb s

Intelsat ms Mb s

Intelsat Digital speech interpolation DSI Digital noninterpolated DNI

TDMA Intelsat

TDMA

TDMA FDMA FDMA TDM

TDMA

CCIR Report ms μs ms ms

Интерполация на речта и предсказване

telephone load activity factor CCITT Pratt Bostian digital speech interpolation digital time assignment speech interpolation TASI speech predictive encoded communications SPEC

Intelsat

TASI Intelsat TASI Intelsat DSI interpolated DSI AC

DSI = digital speech interpolation ; DNI = digital noninterpolation

DSI N M N > M Intelsat N M

предава реч, като последователностите от речеви speech spurts s TDMA DSI Закъснението, което е въведено в речевата верига (фиг. 12.22), позволява да бъде завършен процеса по назначаване на канал. Но това закъснение не може да компенсира точно закъснението при назначаването на канала, поради което може да се изгуби първата част от речевия поток. Това се нарича свързващ клип (сonnect clip

Intelsat

DSI

freeze out

connect clip ms ms ms

DSI N M

SPEC SPEC Sciulli Campanella PCM μs Mb s

PCM мултиплексора, е поделен във времето между всички входни сигнали. Той е способен да предотвратява предаването на шум по време на интервалите на мълчание. Когато устройството за предварително предсказване приеме нова извадка, то я сравнява с предишната извадка за същия гласов канал, която е съхранена в него и предава новата извадка само ако тя се различава от предишната по някаква предварително зададена стойност. Тези нови извадки са наречени непредсказуеми PCM Mb s PCM PCM

Чрез преместване на многословните речеви извадки и периодите на мълчание по предавателната линия се постига удвояване на капацитета. На фиг. 12.23 се вижда, че при входно-изходна скорост от 4096 Mb s Mb s SPEC DSI метода е, че тук не се получава замразяване. При претоварване не могат да се променят стойностите на извадките. Това обаче води до по-грубо квантуване и следователно се увеличава шума от квантуване. Но това е по-приемливо, отколкото замразяването.

SPEC b SPEC

downlink

TDMA TWT back off uplink FDMA

FDM FDMA carrier to noise carrieri to noise downlink C N е един от факторите, които определят максималното цифрово отношение, изразено с равенство (9.24). Това равенство може да се запише така:

E_b N BER BER E_b N dB R_b C N link budget C N е фиксирано чрез параметрите на уравнението на връзката, дадени (10.57), R_b R_b IF R_b IF

m BPSK m QPSK roll off factor

(12.30)

C N downlink dB Hz TDMA QPSK BER IF

E_b N dB BER

R_b dB b s

Mb s

QPSK m

MHz EIRP C N dBHz

Сравнение на използваните мощности в посока uplink TDMA FDMA

FDMA FEC R_b EIRP

uplink uplink downlink b R_b R

TDMA FDMA EIRP

R R_b FDM uplink R_T TDMA uplink

BER E_b N E_b N TDMA FDMA uplink R C N TDMA FDMA uplink LOSSES G T C N EIRP

[EIRP]_TDMA - [EIRP]_FDMA = [R_T] - [R_b] (12.31)

TDMA FDMA

[P]_TDMA - [P]_FDMA = [R_T] - [R_b] (12.32)

FDMA b) TDMA

GHz uplink dB G T dB K uplink E_b N dB

FDMA dB T

b downlink dB b s uplink TDMA

T Mb s R dB b s [E_b N dB

P dBW или W

b TDMA dB EIRP dB

FDMA TDMA back off

uplink FDMA TWTA

FDMA TDM

FDMA TDMA

CPS Stevenson et al CPS FDMA TDM FDMA uplink TDM downlink uplink downlink

uplink TDM downlink downlink

FDMA TDM b

TDMA b

VHSIC

SAW

SAW SAW

SAW устройството изпълнява функцията на закъснител. В допълнение, електродите са способни да осигурят множество полезни предавателни характеристики. Тези две особености, заедно с факта, че устройството малко, го правят един мощен сигнално-обработващ компонент.

FDMA FDMA FDMA SAW

FDMA

FDMA PSK FDMA FDMA TDM

CW b CW RF ns div MHz μs

CW b показва изходния сигнал, получен от три синхронни входни сигнала – две CW CW

12.9 TDMA

TDMA TDMA SS TDMA

b

SS TDMA Scarcella Abbott switch mode b N N uplink downlink uplink downlink GHz GHz Ku uplink downlink

SS TDMA SS TDMA b SS TDMA

TDM downlink. Всяка рамка е нормална TDMA

RF

European Olympus TDMA

b SP4T

CDMA SSMA CDMA SS/TDMA

Pickholtz

дължина, в която битовете са случайно разпределени, може да се използва като фазово-модулирана носеща. Ако предварително направим копие на последователността, съхранено в приемника, случайните изменения на фазата може да бъдат предсказани и тогава модулацията е псевдослучайна.

PN последователност. Такава последователност се използва като тактова последователност, както е показано на фиг. 12.31. Битовете от двоичната последователност се наричат чипове (chips) PN (c/s)

PN

PN

A.cos[ωt + φ(t)] φ(t) PN PN P_PN(t)

e_T = P_PN(t) A.cos[ωt + φ(t)] (12.33)

P_PN(t)

e_R = P²_PN(t) A.cos[ωt + φ(t)] (12.34)

P_PN(t) P²_PN(t) = 1

e_R = A.cos[ωt + φ(t)] (12.35)

P²_PN(t) = 1

CDMA

processing gain

G_p = T_b / T_c

T_b T_i

E_j E_j / G_p [E_j] – [G_p] dB IEEE Transactions on Communications, 1982 Dikon, 1984

FDMA

FM/FDMA

Intelsat SCPC

SCPC/FDMA

Spade

Spade

(12.4)

(12.6)

(12.7)

(12.8)

(12.9)

(12.10)

(12.11)

(12.12)

(12.14)

M = R_b T_F

R_T = M / T_B = R_b T_F / T_B

TDMA

ТDMA

Intelsat 2ms b) R; с) композиция на QPSK

AFC

(SORF)

TDMА SORF SOTF

2t_i +D_i = C (12.17)

UW

p_I = p^I (1-p) ^N-I   (12.18)

P_I = _NC_I.p_I (12.20)

(12.22)

(12.23)

P_F = 2^-N .W

(12.25)

FE = η_F = (12.26)

η_F = 1 - добавени битове / общ брой битове (12.27)

n R_b = η_F R_Т

n = η_F R_Т R_b

(CSC) Spade

TDMA Intelsat

Intelsat

DSI = digital speech interpolation ; DNI = digital noninterpolation

SPEC b) SPEC

(12.30)

[EIRP]_TDMA - [EIRP]_FDMA = [R_T] - [R_b] (12.31)

[P]_TDMA - [P]_FDMA = [R_T] - [R_b] (12.32)

FDMA b) TDMA

FDMA TDM b

CW b CW RF ns div MHz μs

b

RF

b SP T

PN

PN

e_T = P_PN(t) A.cos[ωt + φ(t)] (12.33)

e_R = P²_PN(t) A.cos[ωt + φ(t)] (12.34)

e_R = A.cos[ωt + φ(t)] (12.35)

G_p = T_b / T_c

MHz EIRP d W G T dB K dB FDMA MHz back off dB carrier to noise downlink back off carrier to noise uplink

Mathcad dB back off BOdB

B_TR MHz BdB_TR : = 10 log (B_TR /Hz)

B MHz BdB log B Hz

EIRP

EirpdBW_S

Back off

BOdB_O

LOSSESdB

G T

GTRdB

CNRdB_D EirpdBW_S GTRdB LOSSESdB BdB_TR

CNRdB_D

αdB BOdB_O у-ние(12.11)

KdB αdB BdB_TR BdB у-ние(12.11)

	KdB/10

K K

back off

N E p

P_miss . 10^-13

N E

P_F = 6.9 . 10^-7

Intelsat

Обща дължина на рамката : 120 832 символа

Трафични бърстове за рамка : 14

Опорни бърстове за рамка: 2

Защитен интервал: 103 символа

P

CDC

R

OH

Intelsat kb s QPSK ms

ms ms

QPSK R_T Mb s

C N downlink dB Hz TDMA QPSK BER е 10^-5 . Изчислете максималната скорост на предаване и IF

E_b N dB BER

R_b dB b s

Mb s

QPSK m

GHz uplink dB G T dB K uplink E_b N dB

FDMA dB T

b downlink dB b s uplink TDMA

T Mb s R dB b s [E_b N dB

P dBW или W

b TDMA dB EIRP dB