Повышение эффективности и электромагнитной совместимости низкоорбитальных спутниковых систем связи с наземными радиослужбами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.17, кандидат технических наук Слейман Али Хассан

• Слейман Али Хассан
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Слейман Али Хассан

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Состояние вопроса и постановка задач исследования.

1.1 Обзор научных публикаций по методикам ЭМС НОРС с наземными радиослужбами.

1.2 Обзор источников по эффективности низкоорбитальных систем связи.

1.3 Постановка задач исследования.

1.4 Выводы.

ГЛАВА 2. Повышение эффективности и ЭМС НОРС.

2.1 Постановка задачи.

2.2 Минимальная частотная манипуляция - однополосная.

2.3 Методы эффективной цифровой передачи речевых сигналов

2.4 Метод повышения эффективности НОРС с CDMA.

2.5 Методика исследования комбинационных продуктов нелинейного преобразователя в бортовом ретрансляторе

НОРС с CDMA.

2.6 Обобщенная методика определения помехоустойчивости приема сигналов МЧМН, ФМН, АФМ„.

2.7 Помехоустойчивость приема ФМН колебаний наземных служб при воздействии мешающих сигналов НОРС.

2.8 Методы повышения ЭМС НОРС с наземными радиослужбами.

2.9 Выводы.

ГЛАВА 3. Обобщенная модель движения НОРС и методика выбора плана частот межспутниковой связи.

3.1 Постановка задачи.

3.2 Уравнения движения системы из нескольких НОРС.

3.3 Алгоритм определения зоны радиовидимости антенны исследуемого спутника.

3.4 Обоснование выбора плана частот межспутниковой связи.

3.5 Алгоритм определения количества разноорбитальных спутников, окружающих исследуемый.

СОКРАЩЕНИЯ, ПРИНЯТЫЕ В ТЕКСТЕ

AT - абонентский терминал

АБ - абонент

АФАР - антенна фазированных решеток

ГЛ - главный лепесток

ГО - геостационарная орбита

ДНА - диаграмма направленности антенны

ЗРВ - зона радиовидимости

КПД - коэффициент полезного действия

КА - космический аппарат

КУ - коэффициент усиления

МС - мешающий сигнал

МСЭ-Р - Международный Союз Электросвязи

МДВР - многостанционный доступ с временным разделением каналов МДКР - многостанционный доступ с кодовым разделением каналов МДЧР - многостанционный доступ с частотным разделением каналов НОРС - низкоорбитальный спутник (высота орбиты 700 - 2000 км.)

НС - наземная станция

ОГЛ - ось главного лепестка ДНА

ОГ - орбитальная группировка

ПД - передача данных

ППМ - плотность потока мощности

ПС - полезный сигнал

Р/Л - радиолиния

РРЛ - радиорелейная линия

РРС - радиорелейная станция

CP - спутник ретранслятор

ССС - система спутниковой связи

С.Ш - северная широта

С/Ш - отношение мощностей сигнала к тепловому шуму

ФПВ - функция плотности вероятности

ФС - фиксированная служба

ФСС - фиксированная спутниковая служба

ШПС - шумоподобный сигнал

ШС - шлюзовая станция

ЦУ - центр управления

ЭИИМ - эквивалентная изотропно-излучаемая мощность ЭМС - электромагнитная совместимость Ю.Ш - южная широта

FDP - коэффициент дробного ухудшения характеристик цифровой радиорелейной станции

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

Ai - азимутальный угол, между направлением на северный полюс от точки установки РРС и проекцией оси главного лепестка антенны РРС на поверхность Земли, отчитываемый по часовой стрелке (град.); A2(t) - азимутальный угол, отчитываемый по часовой стрелке между направлением на северный полюс от точки установки РРС, и в направлением к подспутниковой точке, (град.); FDP - коэффициент дробного ухудшения характеристик РРС; G(02(t)) - коэффициент усиления антенны спутника в направлении 02(t) относительно оси ДНА, (дБ.); G(9](t)) - коэффициент усиления антенны РРС под углом 0i(t) относительно оси ДНА, (дБ.); g - интервал времени наблюдения; h - кратчайшее расстояние от поверхности Земли до спутника, (км.); i - угол наклонения орбиты, (град.);

1о - модифицированная функция Бесселя первого рода нулевго порядка; 1Х; 1У - случайные гауссовские процессы с нулевыми средними и дисперсией ст2 / 2 Рр ; L (t) - текущее расстояние между РРС и спутником, (км); М с f - число позиций ПС при ФМ; М j f - число позиций МС с номером j при ФМ;

N - число витков вокруг Земли, совершаемые спутником за одни сутки; NK - число витков, совершаемых спутником за один полный цикл, т.е. при возвращении спутника в исходное положение; п - номер рассматриваемого внтка; Рс - мощность передатчика спутника, (Вт.); Pj(t) - мощность МС на входе РРС с номером j, (Вт.); Рр - мощность ПС на входе РРС, (Вт.);

Pf (Mjf, Mcf) - вероятность ошибки;

P(Pj) - процент суммарного времени, в течение которого мощность МС (Pj), принимаемого РРС, превышает заданный уровень; Ro - радиус Земли, (км.);

R (Mjf, Mcf) - отношение мощностей МС к ПС на входе приемника РРС; г - радиус орбиты (км.); s - номер спутника; Т0 - звездные сутки, (мин.);

Tg - длительность символа цифрового сигнала с ФМ;

Тк - продолжительность времени одного цикла, определяемого возвращением спутника в исходное положение, (мин.); Тс - период обращения спутника вокруг Земли, (мин.); t - текущее время, (мин.); to - время прохождения спутника через восходящий узел, (мин.); u(t) - наименьший угол между экваториальной плоскостью и направлением на спутник из центра Земли, (град.); a(t) - геоцентрический угол между направлениями из центра Земли на

НОРС и на РРС, (град.); otp - геоцентрический угол между подспутниковой точкой и точкой на поверхности Земли, в которой установлена антенна станции РРС, град.);

Pi - угол между осью главного лепестка антенны РРС и горизонтальной плоскостью, касательной к точке, в которой расположена антенна РРС, (град.); b(t) - угол между плоскостью, касательной к поверхности Земли в месте расположения РРС, и направлением на спутник, (град.); Афс - смещение спутника по долготе за один виток вокруг Земли, (град.); AQ - прецессия орбиты за один оборот НОРС;

6A(t) - разность азимутальных углов проекций подспутниковой точки НОРС и

РРС, (град.);

5B(t) - разность между направлением от антенны РРС на НОРС и направлением оси главного лепестка антенны РРС, (град.); т|] - коэффициент полезного действия (КПД) фидерного тракта бортового передатчика; г|2 - КПД фидерного тракта приемника РРС, г| - общий КПД фидеров передатчика и приемника, равный произведению

9i(t) - угол между направлением оси главного лепестка ДНА РРС и направ лением на спутник, (град.); 02(t) - угол между направлением оси главного лепестка ДНА спутника и направлением на РРС, (град.); к - длина волны, (м.);

А-о - долгота восходящего узла орбиты, (град.);

- широта места установки РРС, (град.); £2(t) - широта подспутниковой точки, (град.);

2,cev " наибольшее значение Северной широты, определяющее границу ЗРВ

НОРС с антенны РРС, (град.); ^2,ug " наибольшее южное значение широты, определяющее границу ЗРВ

НОРС с антенны РРС, (град.); (p(t) - разность долготы РРС и спутника, (град.); cpi - долгота места установки РРС, (град. ); (p2(t) - долгота подспутниковой точки, (град.); сос - частота ПС, (Гц. ) ; (Dj - несущая частота МС с номером j, (Гц. ), Шо - угловая скорость вращения Земли, (рад./мин.); W(t|p) - плотность вероятности гауссовского случайного процесса. W(£) - одномерная плотность вероятности широты подспутниковой точки;

W(cp) - одномерная плотность вероятности долготы подспутниковой точки; ф) - двумерная плотность вероятности широты и долготы подспутникой точки;

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности и электромагнитной совместимости низкоорбитальных спутниковых систем связи с наземными радиослужбами»

Низкоорбитальные спутниковые системы связи (НОРС) - одно из новых перспективных направлений развития спутниковой связи. Они существенно дополняют высокоорбитальны© системы, обеспечивают высокое качество связи и расширяют номенклатуру услуг, предоставляемых пользователям, в том числе и для транспорта [73].

В ближащие время будут функционировать системы спутниковой связи (ССС) на базе НОРС, работающих в общих полосах частот с другими наземными и земными радиослужбам [1-7]. При этом возникают значительные технические трудности из-за возникновения мешающих сигналов (МС), приводящих к увеличению шумов и вероятности ошибочного приема. Поэтому проблема эффективного использования частотного ресурса и координации этих систем является важной и актуальной задачей, связанной с проблемой ЭМС. Актуальность рассматриваемой темы подтверждается также тем, что данная проблема находится в стадии изучения, о чем говорится в документах МСЭ [8-16].

Безопасность и эффективность движения транспортных средств зависит от трех факторов: связи, навигации и наблюдения. Связь предполагает возможность оперативного обмена информацией между подвижным объектом и диспетчером. Навигация - это точное определение координат подвижного объекта. И, наконец, наблюдение заключается в использовании связной и навигационной информаии для отображения текущего положения объекта и отслеживание по электронной карте маршрута его передвижения. Данные три функции являются основными при сопровождении грузов, перевозимых железнодорожным и автомобильным транспортом, при организации управлении воздушным движением и обеспечении безопасности судоходства. Отсюда следует, что НОРС по-зволяеет осуществить интервальное регулирование движением поездов в принципе без использования устройств сигнализации, централизации, блокировки (СЦБ) [74]. Кроме того, НОРС позволяет легко связаться с абонентами, нахо-дяСЦБ. Кроме того, НОРС позволяет легко связаться с абонентами, находящимися в трудодоступных районах. Данные системы (НОРС) особенно актуальны и эффективны для служб, работающих в экстремальных условиях: милиции, скорой помощи, пожарной, спасательной и др. Это определяется:

1) малыми габаритами антенн и приемо-передающих абонентских станций, масса которых тоже очень мала (1-5 кг);

2) возможностью оценки собственных координат пользователя на местности (навигационное самоопределение без использования навигационной аппаратуры и специальных спутников) и передачей их в соответствующий диспетчерский пункт.

Малые габариты и вес аппаратуры НОРС определяются тем, что их орбиты расположены значительно ближе к земле (700 - 1500 км ) по сравнению с геостационарными и высокоэллиптическими орбитами (~ 36 тыс. км). Это позволяет существенно снизить требования к энергетическим параметрам радиолиний.

Для охвата связью большой территории Земли используют несколько орбит в разных плоскостях, на которых вращаются искусственные спутники Земли (ИСЗ). В спутниковых системах связи (ССС) НОРС имеется одна или несколько станций управления спутниками и сетью связи, а также шлюзовые станции для взаимодействия с сетями телефонии и передачи данных общего пользования [17-19].

ССС на базе НОРС позволяет обеспечивать связь с терминалами, размещенными в полярных широтах, и практически не имеет альтернативы при организации связи в регионах со слаборазвитой инфраструктурой связи и низкой плотностью населения.

Не случайно данная тематика (НОРС) вызывает огромный интерес в научном мире, судя по публикациям. Это потверждается также решениями Всемирной Административной Комиссии по Радиочастотам (ВАКР- 92, 95) и Рекомендациями Международного Союза Электросвязи (МСЭ) (бывший МККР).

Однако введение новых систем НОРС сдерживается следующими нерешенными проблемами:

1) проблемой электромагнитной совместимости (ЭМС) НОРС с наземными устройствами высокоорбитальной спутниковой связи (СС), радиорелейных линий (PPJI), радиолакации (PJI), работающих в одних и тех же диапазонах частот;

2) проблемой дефицита частотного ресурса.

В большинстве случаев НОРС работают в выделенных полосах частот на вторичной основе [1-6]. Это значит, что НОРС не должны создавать помех для служб с первичным приоритетом частот, которые уже присвоены или могут быть присвоены в ближайшее время. Кроме того, они не могут предъявлять требований по ЭМС к службам других систем. Значительно перегружен диапазон частот ниже 2 ГГц. Уже очевидно, что пропускной способности хватит лишь на одну или две системы. Остальным придётся переходить на более высокий диапазон частот. Аналогичные проблемы и для фидерных линий. К ним предъявляются очень жесткие требования по ЭМС, выполнить которые очень трудно. Переходить же на очень высокие частоты (20 - 30 ГГц) - трудно реализуемо.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ - решение названных проблем по ЭМС между НОРС с наземными службами связи и дефицит частотного ресурса.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. В работе использовались методы машинного моделирования динамической системы в сочетании с методами статистической радиотехники и теории вероятностей.

ПОСТАВЛЕННАЯ ЦЕЛЬ достигается путем решения следующихоснов-ных задач:

1. разработки системы с компактным спектром сигналов, минимальным побочным излучением и приемом, максимальной помехоустойчивостью связи;

2. разработки обобщенной модели движения спутников для решения задач ЭМС и обоснования плана частот межспутниковой связи;

3. определения процента времени воздействия мешающих сигналов нескольких НОРС;

4. оценка качества работы цифровых фиксированных наземных радиослужб (ФС) в условиях воздействия мешающих сигналов от НОРС.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА диссертации состоит в следующем:

1. Предложено использовать частотно-эффективную передачу речевой информации на основе сигналов минимальной фазы, однополосной модуляции и др.

2. Уточнена методика определения помехоустойчивости приема сигналов с фазовой, амплитудно-фазовой манипуляцией любой кратности.

3. Предложено дополнительно подавлять на 40 дБ фазовым методом не только зеркальный, но и соседнии каналы приема, что существенно повышает ЭМС радиосредств.

4. Развит корреляционный метод анализа комбинационных искажений в нелинейном бортовом ретрансляторе (БРТ) спутника с многостанционным доступом с кодовым разделением сигналов.

5. Предложена обобщенная модель движения спутников, позволяющая исследовать вопросы ЭМС и обосновать план частот межспутниковой связи;

6. Предложена методика, позволяющая определить частотный план для систем НОРС.

7. Предложен метод определения неблагоприятных интервалов широт и азимутов НС в зависимости от параметров системы НОРС.

Для проведения различных расчетов были разработаны специальные программы для ЭВМ.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ диссертации заключается в экономии частотного ресурса и повышения ЭМС за счет:

- обоснования нецелесобразности закрытия ФС;

- дополнительного подавления на 40 дБ) ложных каналов приема (зеркальных и соседних).

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ следующие научные положения:

1) метод повышения компактности спектра сигналов МЧМН;

2) метод дополнительного подавления зеркальных и соседних каналов приема;

3) методика определения помехоустойчивости приема сигналов многократных ФМН и АФМН;

4) методика анализа комбинационных искажений в нелинейном БРТ спутника с кодовым разделением сигналов.

5) алгоритм и результаты определения траектории движения нескольких НОРС;

6) алгоритм определения минимального частотного плана межспутниковой связи;

7) результаты исследования интегральной функции распределения для различных случаев нахождения объекта;

8) результаты исследования неблогоприятных интервалов широт и азимутов антенн ФС, где с точки зрения ЭМС совместная работа НОРС и ФС в общих полосах частот нецелесобразна в зависимости от параметров системы НОРС;

9) результаты расчета вероятности ошибочного приема НС при воздействии МС от нескольких НОРС, а также процента времени, в течение которого вероятность ошибочного приема превышает заданное значение.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ. Для исследования поставленных задач в диссертации были разработаны на ЭВМ программы-модели, которые могут быть применены для широкого использования.

ЛИЧНОЕ УЧАСТИЕ. Работа выполнена лично соискателем.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы обсуждались на:

• Международном форуме информатизации (МФИ-99) на конференция "Телекоммуникационные и вычислительные системы" М.: 1999, МТУ СИ (один доклад).

• 8-й и 10-ой межрегиональных конференциях НТО РЭС им. А.С. Попова. Москва - Пушкинские горы, 1998 и 2000 (соответственно, два и три доклада).

• Научно-технических конференциях (НТК) МТУСИ, 1994 - 1998, 2000. (5 докладов) и НТК МИИТА, 1999 (один доклад).

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 15 работ (включая две депонированные работы и одну статью в журнале АТС - 2000)

СТРУКТУРА и ОБЪЕМ РАБОТЫ. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений, в которых приводятся выводы некоторых используемых формул и др. (151 страниц текста, 69 рисунков, 6 таблиц и списка литературы из 87 наименований).

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВО ВВЕДЕНИИ обосновывается актуальность темы, указывается цель работы и задачи исследований. Приводятся основные положения, выносимые на защиту, практическая ценность и структура работы с указанием рассматриваемых вопросов по главам, а также научная новизна полученных результатов. Приводятся сведения об апробации и подробностях опубликования основных положений работы.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ дается обзор источников по низкоорбитальным системам спутниковой связи, где по данной тематике нет полного решения названных задач. Начало исследования НОРС и разработка вопросов ЭМС систем связи было положено научным руководителем данной работы проф. Н.И.Калашниковым [20-26, 73], который являлся членом Международного

Консультативного Комитета по Радиосвязи (МККР- в настоящее время МСЭ) и принимал непосредственное участие в работе Исследовательских коммисий в течение 30 лет, работы которого вошли в Рекомендации МККР [22,26].

Из анализа источников следует, что наиболее эффективной является система спутниковой низкоорбитальной связи с МДКР сигналов (шумоподобных сигналов - ШПС).

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ [74, 75, 76, 85-87] исследуются и предлагаются новые, более эффективные с точки зрения ЭМС методы сжатия, преобразования, модуляции сигналов. Для систем НОРС с МДКР предложено использовать не двухполосную, как обычно, а однополосную передачу ШПС. Это позволяет увеличить помехоустойчивость связи g = 2В в два раза (3 дБ), где В — база сигнала, равная произведению длительности сигнала Т на ширину его полосы частот F (В = FT). Выигрыш в помехоустойчивости в 2 раза имеет место при неизменности пропускной способности системы связи. Можно пропускную способность увеличить в 2 раза при неизменности помехоустойчивости приема.

Отметим, что согласно американским исследованиям выигрыш в помехоустойчивости на 1 дБ в спутниковой связи даёт экономический эффект в 1 млн. долларов.

Показано, что:

- МЧМН есть однополосная фазовая манипуляция (ОБП ФМН) на 180° с коммутацией верхней боковой частоты на нижнюю или наоборот;

- метод формирования данной ОБП ФМН есть известный фазовый метод формирования аналогового ОБП AM сигнала, в котором исключена его основная проблема - полосовой фазовый сдвиг на 90° модулирующего сигнала с погрешностью менее 1 .

Предложены методы, повышающие эффективность передачи цифровой информации. Один из них основан на сигнале минимальной фазы (МФ), которым является однополосное колебание (ОБП AM).

Также предложено передавать только огибающую однополосного сигнала и по ней восстанавливать его фазу и сам однополосный сигнал. Так как огибающая речевого сигнала занимает полосу частот около 40 Гц, а не 3,1 кГц, как полный речевой (однополосный) сигнал, то открывается возможность уменьшения полосы частот цифрового сигнала в сотню раз. Как известно, преобразование аналогового (речевого) сигнала в цифровой осуществляется в результате трех операций: дискретизация по времени, квантования по уровню и кодирования квантованых значений.

Второй метод основан на делении полосы частот аналогового модулирующего или однополосного сигнала. Методы деления известны. Кратность де-ленения полосы частот этого сигнала и будет кратностью выигрыша в полосе частот (в 2 и большее число раз). Во второй ступени модуляции целесообразно использовать МЧМН согласно вышеизложенному.

Эффективным методом повышения ЭМС в НОРС является дополнительное подавление побочных каналов приема, в частности зеркальных и соседних. Для этого предложено в качестве преобразователя использовать формировать однополосного сигнала фазовым методом, у которого полосовой фазовращатель переключен со входа перемножителя на его выход. Зеркальный и данный каналы можно рассматривать как две боковые полосы, несущие различную информацию, которые как известно можно разделить фазовым методом. Реально достижимая сегодня степень дополнительного (фазового) подавления зеркального канала составляет 40 дБ при одном преобразовании частоты. В спутниковых системах связи число преобразований достигает четырёх - пяти.

В данной работе диссертации показано, что в результате использования формирователя фазовым методом удается дополнительно подавлять на 40 дБ и соседние каналы приема.

Помимо МЧМН ССС широко используется также ФМН и АФМН высокой кратности. Помехоустойчивость приема сигналов однократной ФМН и МЧМН одинакова и самая высокая, поскольку вероятность ошибки приема определяется только энергией сигнала и спектральной плотностью мощности помех независимо от числа боковых полос сигнала. Помехоустойчивость приема сигналов двукратной ФМН такая же, как и однократной, т.к. когерентный (фазовый) детектор не реагирует на квадратурные сигналы и помехи.

В данной работе предложено использовать общую и точную формулу определения вероятности ошибочного приема сигналов ФМН любой кратности К.

В этой главе предложена методика исследования комбинационных продуктов нелинейного преобразователя в бортовом ретрансляторе НОРС при МДКР, что важно с точки зрения ЭМС. Это методика является корреляционной, в которой варьируется режим амплитудного ограничения - от мягкого до жесткого. Мягкий режим ограничения представляет собой компрессию (сжатие) уровня сигнала.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ [77, 78] для исследования вопроса ЭМС НОРС с наземными радиослужбами предложена обобщенная модель описания орбитальной группировки (ОГ), параметры которой произвольно можно задавать и применять к любой системе НОРС при исследовании данного вопроса. Полученные выражения являются начальными условиями, необходимыми и достаточными для построения динамической модели ССС НОРС на ЭВМ.

При выборе плана частот, на которых будет осуществляться взаимодействие между спутниками, встает проблема экономии полосы частот, как и в случае выбора плана частот PPJI. Решением этой проблемы может являться многократное использование одних и тех же частот там, где это возможно. С этой целью в данной главе также предложен алгоритм выбора плана частот межспутниковой связи, исходя из максимального количества спутников, попадающих в ЗРВ антенны межспутниковой связи. Задача решается в 2 этапа: сначала определяется число спутников, попадающих в ЗРВ гипотетической ненаправленной антенны, затем из этих спутников отбираются только те, которые попадают в ЗРВ реальной узконаправленной антенны, применяемой для межспутниковой связи. В результате определяется минимальное число рабочих частот для каждого спутника, работающего в границах отдельного частотного диапазона.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ [79, 80] диссертации определяется время воздействия мешающего сигнала (МС) со стороны НОРС на приемники наземных станций. Фактически определяется процент времени, в течение которого мощность МС принимаемого РРС превышает заданный уровень.

На основе полученных формул разработан алгоритм, позволяющий определить параметры электромагнитного взаимодействия НОРС и ФС для различных географических широт расположения станции ФС в зависимости от параметров ОГ. Разработанный алгоритм позволяет исследовать параметры электромагнитного воздействия системы НОРС не только на приемники ФС, но и на земные станции ФСС, а также исследовать и обратную задачу - воздействие ФС или ФСС на НОРС.

В данную модель можно закладывать как реальные параметры уже существующих ССС, так и гипотетически возможные параметры вновь проектируемых ССС при исследовании их мешающего воздействия на ФС и не требует больших затрат машинного времени.

Разработанная иммитационная модель позволяет проектировщикам ФС провести моделирование реальной ситуации в процессе проектирования системы.

ПЯТАЯ ГЛАВА [81, 82, 83, 84] диссертации посвещена исследованию возможности совместного использования диапазона частот ФС и НОРС.

Согласно ВАКР-90 и 92, полосы частот 1610-1626,5 и 2483,5 -2500 мГц выделены для совместного использования как для ФС, к которым относится PPJI и другие виды наземной радиосвязи, так и для спутниковых служб НОРС. Виду того, что существуют проблемы ЭМС между ФС и НОРС ВАКР-95 рекомендовала по возможности избегать ввода в действия новых ФС, работающих на этих частотах. Эти рекомендации усугубляет дефицит частотного ресурса, тем более, что число стран расширено с 17 по 45. Вопрос же об использовании этих полос частот до конца не изучен, о чем свидетельствует (говорит) расплывчатость и не котегоричность решения ВАКР-95 ( по возможности избегать). Поэтому представляет интерес исследования данного вопроса.

В данной главе разработан алгоритм определения неблогоприятных интервалов широт, где с точки зрения ЭМС совместная работа НОРС и ФС в общих полосах частот нецелесобразна. Результаты расчета преведены в виде таблицы, определяющей неблагоприятные интервалы широт и азимутов антенн ФС в зависимости от параметров ОГ.

Результаты исследования в данной главе показывают, что совместная работа ФС и НОРС в общих полосах частот возможна, но с учетом неблагоприятных зон в некоторых интервалах широт, границы которых зависят от орбитальных параметров системы НОРС. Из этого следует, что вопрос о

17 реализации новых ФС нужно координировать с учетом вышесказанного, и избегать реализации новых ФС только в этих зонах. Но даже и там возможно строительство новых систем ФС с учетом направленности антенн, либо принимать дополнительные меры по повышению их помехоустойчивости, т.е. в этом случае нужна координация с учетом расположения данной системы ФС и направленности их антенн.

Кроме того, в этой главе, для оценки качества приема сообщений цифровых НС приведены результаты расчета, определяющие зависимость вероятности ошибочного приема цифровой РРС от отношения мощностей полезного сигнала к тепловому шуму с учетом воздействия МС от НОРС. Также приводятся результаты исследования интегральной функции распределения, используемой при определении процента времени превышения вероятностью ошибочного приема заданного значения за любой месяц при времени усреднении за одну секунду. Это позволит судить о минимально допустимой величине полезного сигнала по отношению к тепловому шуму цифровой НС, подвергающейся воздействию МС от НОРС.

Заключение диссертации по теме «Радиотехнические и телевизионные системы и устройства», Слейман Али Хассан

10. Результаты исследования позволяют сделать вывод о том, что при дальнейшем распределение полос частот необходимо учитывать географическое положение наземных радиослужб как уже существующих ФС, так и при проектировании новых.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные и практические результаты диссертации состоят в следующем:

1. предложено использовать однополосную передачу ШПС вместо двухполосной, что повышает помехоустойчивость их приёма в 2 раза;

2. определены особености модема МЧМН , уточнена структура сигнала МЧМН (однополосная ФМН), обеспечивающая минимальные полосы частот и побочные излучения, что важно с точки зрения ЭМС, экономики частотного ресурса систем НОРС;

3. предложено использовать 2 метода дополнительного сокращения полосы частот передаваемого цифрового сигнала: метод основанный на сигналах минимальной фазы (в 80 раз) и метод деления полосы частот исходного аналогового речевого сигнала (в 2 и более раза);

4. предложена эффективная и более точная методика расчёта помехоустойчивости приема сигналов с многократной ФМН и АФМН ;

5. разработана корреляционная методика анализа комбинационных искажений в нелинейном БРТ при МДКР;

6. предложен способ дополнительного подавления (~ на 40 дБ) побочных каналов приема (соседнего и зеркального), что повышает соответственно ЭМС;

7. предложены алгоритмы определения зоны радиовидимости антенны исследуемого спутника, количество разноорбитальных спутников, окружающих исследуемый;

8. предложена обобщенная модель движения спутников, позволяющая решить вопросы ЭМС и обосновать план частот межспутниковой связи;

9. показано, в каких случаях совместная работа НОРС и ФС в общих полосах частот нецелесобразна;

10. результаты расчета вероятности ошибочного приема НС при воздействии МС от нескольких НОРС, а также процента времени, в течение которого вероятность ошибочного приема превышает заданное значение.

ИЗ ДИССЕРТАЦИИ СЛЕДУЮТ РЕКОМЕНДАЦИИ:

1) неблагоприятным случаем считается, когда НС находится в критическом положении (критическая широта и критический азимут), и её антенна направлена на точку пересечения орбит. Сама эта точка попадает на линию горизонта относительно места установки станции ФС, при этом максимально увеличивается вероятность воздействия МС от спутника с более высокими уровнями мощности;

144

2) существуют широтные пояса (интервалы широт), в которых размещение ФС связано с повышенным риском (особенно в отдельных случаях направленности их антенн). Следует по возможности избегать как само размещение ФС в области таких широт, так и такое направление их антенн;

3) при распределении радиочастот между наземными радиослужбами и ССС на базе НОРС целесобразнее исходить не из региональных соображений (1, 2, и 3 регион), а из того, где будут размещены или реализованы новые цифровые ФС, т.е. принадлежности к зонам повышенного риска.

Таким образом, при дальнейшем распределение полос частот необходимо учитывать географическое положение наземных радиослужб как уже существующих ФС, так и при проектировании новых.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Слейман Али Хассан, 2000 год

1. Кантор Л. Я. Системы персональной подвижной связи через низкоорбитальные ИСЗ // Вестник связи. -№ 11,- 1994. стр. 6-10.

2. Кантор Л.Я. Деятельность МСЭ в области спутниковой связи // Вестник связи. -№ 11.-1994. стр. 21-33.

3. Спутниковая связь и вещания . Справочник. Под ред. Л.Я. Кантора.- М.: Радио и связь. -1997. 522 с.

4. Тамаркин В.М., Невдяев Л.М., Сергеев С.И. Низкоорбитальные системы спутниковой связи: Обзор информ. - М.: ЦНТИ "Информсвязь". 1995. 96 с.

5. Невдяев Л.М., Смирнов А.А. Персональная спутниковая связь. М.: ЭКО -ТРЕНДЗ, 1998.216 с.

6. Аносов A.M., Смирнов А.А., Колосов А.В., Котов А.В. Системы низкоорбитальной спутниковой связи. // Технологии Электронных Коммуникаций. Том 49,1994. стр. 6-47.

7. Болыиова Галина. Спутниковая связь в России: "Памир", "Iridium", "Globalstar".// Сети.- ноябрь 1997. стр. 66 73.

8. Doc. 4А/238 Е. Interference between low earh orbit satellite service frequency bands, ITU Radio - communications Study Groops - 20. 09. 1993.

9. Doc.4D/ TEMP /13 (Rev. 4) E. Sharing considerations near 2 GHz between the fixed service and near - earth space research systems. ITU Radio -communications Study Groops -Revision of report 1197. - 23. 11. 1993.

10. Doc.4A/250 E. Interference statics between FSS networks and feeder links for low earh orbiting satellites in the 30 / 20 GHz bands, ITU Radio -communications Study Groops - 23. 09.1993.

11. Doc.4D/TEMP/ 184 (Rev.l) E. Non - GSO MSS - GSO FSS interference statics, ITU Radio - communications Study Groops. Draft new report, 07. 10. 1993.

12. Doc. 7В/ TEMP / 15 Methods of calculating low - orbit satellite visibility statistics. CCIR Study Groops, 26. 02. 1993.

13. Doc, 4А/ 239 E. Sharing of поп - GSO MSS feeder links with GSO FSS stations downlink simulations. ITU Radio communications Study Groops, 20. 09. 1993.

14. Recommendation ITU R IS. 1141 - Sharing in the frequency bands in the 1 - 3 GHz frequency range between the поп - geostationary space stations operating in the mobile - satellite service and the fixed service - 1995. стр. 66 - 72.

15. Батраков А.- Система низкоорбитальной связи "Иридиум". //Радио. № 12 -1996. стр. 7-8.

16. Бобровский Д.Г. Низкоорбитальные спутниковые системы связи // Сети, №4.- 1992. стр. 37-41.

17. Мещеряков В.И., Соколов В.В. Особенности построения спутниковых систем связи с космическими аппаратами на круговых орбитах // Электросвязь. - № I. - 1993. стр. 40 - 41.

18. Калашников Н.И. Системы связи через искусственные спутники Земли. -М.: Связь, 1969. 384 с.

19. Калашников Н.И. Проектирование радиорелейных и спутниковых систем в тропических странах с учетом электромагнитной совместимости. М.: МИС, 1990. 76 с.

20. Калашников Н.И., Арешев М.С.- Средняя вероятность облучения неподвижной антенны наземной станции системой круговых несфазированных ИСЗ. // Радиотехника. Т.29, № 1 1974. стр. 6-9.

21. Калашников Н.И. Основы расчета электромагнитной совместимости систем связи через ИСЗ. М.: Связь, 1970. 160 с.

22. Егоров Е.И., Калашников Н.И., Михайлов А.С.-Использование радиочастотного спектра и радиопомехи. М.: Радио и связь, 1986. 304 с.

23. Арешев М.С., Калашников Н.И. Определение вероятностей совпадений и пауз приема излучений от системы искусственных спутников земли на неподвижную антенну. - Труды МЭИС, М.: Связь, 1968. стр.161-165.

24. Международный Консультативный Комитет по радио (МККР). XVI Пленарная Ассамблея, Дубровник, 1986 г, том IV и IX часть 2. Совместное использование полосы частот и координации. Отчет 393-3. page 64-65.

25. Тепляков И.М. Системы спутниковой связи с использованием низкоорбитальных космических аппаратов //Техника средств связи. 1992. стр. 4-9.

26. Лисин А.В., Несвит Н.Н. Спутниковая радиосвязь // Электросвязь. № 1.1995. стр. 20-24.

27. Пылцов В.А. Об одном подходе к синтезу орбитальных группировок космических аппаратов на круговых орбитах для построения спутниковых систем связи //Техника средств связи. - № 1. - 1992. стр. 53 - 59.

28. Соколов В.В., Филимонов Е.Б., Пыльцов В.А. Спутниковые системы связи и дистанционное зондирование подстилающих поверхностей // Радиотехника.-№ 6 - 1995. стр. 3 - 8.

29. Аболиц А .Я. Информационная эффективность орбит спутников связи //Электросвязь. - № 7. - 1996. стр. 31-34.

30. Злобин В.К., и др. Уточнение параметров движения ИСЗ по наземным орбитам // Электросвязь - № 4- 1996. стр. 8-10.

31. Ададуров С.Е., Подкосов В.Н., Сарычев В.А., Стогов Г.В.- Перспективы использования низкоорбитальных спутниковых систем для радиоконтакта с авиационными средствами. // Электросвязь. № 9,1997. стр. 17 -19.

32. Акимов А.А. и др. Анализ зон радиовидимости систем спутниковой связи на ИСЗ, размещаемых на орбитах различных типов //Электросвязь. - №1.1992. стр. 29-30.

33. Recommendation ITU R IS. 1143 - System specific methodology for coordination of поп - geostationary space stations (space - to - Earth) operating in the mobile -satellite service with the fixed service - 1995.

34. Зб.Отчет 684 MKKP. Предварительный анализ статистически видимости спутников на низких орбитах, 1986.

35. МККР. Отчет 684. Предварительный анализ статистики видимости низкоорбитальных спутников. Том 2. Женева, 1982.

36. Быховский М.А. и др. Анализ ЭМС негеостационарных спутниковых радиосистем с геостационарными спутниковыми и наземными радиосистемами. // Электросвязь. № 12, 1994. стр. 27-31

37. Быховский М.А., Панернов И.Л., Хоробрых С.Т. Методика анализа ЭМС негеостационарных спутниковых радиосистемам с геостационарными спутниковыми и наземными радиосистемаии //Электросвязь, № 6, 1995.стр.13-17

38. Смирнов Н.И., Иванчук Н.А., Горгадзе С.Ф. Достоинства низкоорбитальных спутниковых систем передачи информации с синхроным кодовым разделением каналов типа "GLOBALSTAR'7/Электросвязь. № 2,1997.стр.20-24

39. Смирнов Н.И., Иванчук Н.А., Горгадзе С.Ф-Достоинства низкоорбитальных спутниковых систем передачи информации с синхроным кодовым разделением каналов типа "GLOBALSTAR" //Электросвязь. № 3.- 1997.стр. 29-34.

40. Смирнов Н.И., Горгадзе С.Ф. Оценка эффективности использования мощности нелинейного ретранслятора в системах передачи информации с кодовым разделением //Электросвязь. -№ 5.- 1995 - стр. 21 - 24.

41. Волков А.А., Нуген Фи Хунг, Симаков А.В. Искажения в мгновенном компандере. Тезисы докл. на 7 - ой межрег. Конф. НТО РЭС им А.С.Попова. - г.М.: 1997-стр. 117-121.

42. Горелов Г.В., Фомин А.Ф., Волков А.А., Котов В.К. Теория передачи сигналов на железнодорожном транспорте. М.: Тр-т, 1999. - 416 стр.

43. Банкет B.JL, Дорофеев В.М. Цифровые методы в спутниковой связи. М.: Радио и связь, 1998. 240 с.

44. Окунев Ю.Б. Цифровая передача информации фазомодулированными сигналами. М.: Радио и Связь, 1991. 296 с.

45. Фомин А.Ф. и др. Цифровые информационно-измерительные системы. Теория и практика М.: Энергоатомиздат, 1996.446 с.

46. Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. М: ЭКО -ТРЕНДЗ, 1998. 239 с.

47. Финк J1.M. Сигналы, помехи, ошибки. М.Р.С., 1984.

48. Величкин А.И. Теория дискретной передачи непрерывных сообщений -М.: Советское Радио, 1970. 296 с.

49. Горгадзе С.Ф., Смирнов Н.И., Смирнова О.Н. Эффективность низкоорбитальных систем передачи информации с кодовым разделением сигналов. Тезисы докл. на второй межрег. конф. НТО РЭС имени А.С.Попова. Пушкинские горы, 1996. стр. 52-55.

50. Петрович Н.Т., Размахнин М.К. Системы связи ШПС. М.: Сов. Радио, 1969. 238 с.

51. Диксон К.С. Широкополосная связь. Перевод с англ./Под ред. В.И. Журавлев. М.: Связь, 1979. 302 с.

52. Варакин JI.E. Системы связи с ШПС. М.: Радио и Связь, 1985. 384 с.

53. Волков А.А. Однополосная передача ШПС. Тезисы докл. на 3-ей межрег. конф. НТО РЭС им А.С. Попова. М.: 1994. стр. 126, 127.

54. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. 3-е изд., преоб. и доп. М.: Радио и Связь, 1989. 656 с.

55. Волков А.А., Жаркова М.В., Батраков В.Е. Оценка помехоустойчивости приема сигналов ФМН . Тезисы докл. на 9 ой межрег. Конф. НТО PC им А.С.Попова. - г.Владимир 1999.

56. Головин Э.С., Меренсон Ю.Я. Интегральная функция распеделения огибающей глубоко сигналов // Радиотехника и Электроника. 1970.№ 8.

57. Каганов В.И. Транзисторные радиопередачи.-М.:Энергия, 1976.

58. Чернявский Г.М., Бартенев В.А. Орбиты спутников связи. - М.: Связь, 1978. 240 с.

59. Эльясберг П.Е. Введение в теорию полета искусственных спутников Земли - М.:Наука, 1965. 540 с.

60. Скребушевский Б.С. Формирование орбит космических аппаратов. - М : Машиностроение, 1990. 256 с.

61. Большаков В.Д., Левчук Г.П. Справочник геодезиста книга № 1. М.: Недра. 1985. 455 с.

62. Бушуев Е.И. и др.- Спутниковая система связи. Пат. №: 2062550; 20.06.96 -Россия.

63. Соколов В.В., Пыльцов В.А. Проблемы связности в системах спутниковой связи на базе низкоорбитальных космических аппаратов // Электросвязь. № 1.- 1993. стр. 41-43.

64. Мещеряков В.И., Соколов В.В., Пыльцов В.А., Захаров В.И. Методы повторного использования частот в низкоорбитальных спутниковых системах связи // Электросвязь. №1. - 1993. стр. 43 - 46

65. Recommendations and reports of the CCIR. Plenary Assembly (XYI th; Du-brovnik). Vol.IX - part 1, fixed service using radio - relay systems. - Geneva: ITV, 1986. 464 p.

66. Бородич C.B. ЭМС наземных и космических радиослужб - М.: Радио и связь, 1990. 272 с.

67. Бадалов Л.Л., Михайлов А.С. Нормы на параметры элёкромагнитной совместимости РЭС. Справочник - М.: Радио н связь, 1990. 272 с.

68. Венцель Е.С." Теория вероятностей". М.: Наука, 1969. 576 с.

69. Спилкер Дж. Цифровая спутниковая связь - М.: Связь, 1979. 592 с.

70. Насиф М. "Исследование и разработка принципов построения систем радиосвязи многих станций РРЛ через общий центральный пункт". Диссертационная работа. 1996 , 167 с.

71. Слейман А.Х., Калашников Н.И. Особенности систем связи через спутники на низких орбитах // Научно-техн. конф. проф.- преп. и инж.-техн.состава: Тез. докл. МТУСИ. НТК 26-29 января 1995 г.- Москва, 1995.- С. 63 - 64.

72. Слейман А.Х., Волков А.А. Использование низкоорбитальных спутниковых систем связи для управления движения поездов // Автоматика, связь, информатика на железнодорожном транспорте. 2000. №5.- С. 12-15.

73. Слейман А.Х., Волков А.А. Оценка помехоустойчивости приема сигналов АФМН // Международный форум информатизации (МФИ 99 г.): Тез. докл. -М., 1999.-С. 79-81.

74. Слейман А.Х., Волков А.А., Жаркова М.В. Методы эффективной передачи аналоговой информации // Научно-техн. конф. проф.-преп., научн. и инж.-техн. состава: Тез. докл. Неделя науки МИИТ, М., 1999. С. 62 - 65.

75. Слейман А.Х., Калашников Н.И. Анализ движения произвольного количества спутников на нескользких орбитах. М., 1997. - С.23 - 39 - Деп. в ЦНТИ "Информсвязь".

76. Слейман А.Х. Выбор плана частот межспутниковой связи // Обработка сигналов в системах телефонной связи: Тез. докл.- Восьмая межрег. конф. НТОРЭС им. А.С. Попова 7-10 июля 1998 г.- Москва Пушкинские горы, 1998.-С. 56-57.

77. Слейман А.Х., Калашников Н.И. Определение процента времени воздействия мешающего сигнала от низкоорбитального спутника на радиорелейную станцию. М., 1997. - С. 40 - 60. - Деп. в ЦНТИ "Информсвязь".

78. Слейман А.Х., Волков А.А. Вариант дополнительного подавления побочных каналов приема// Десятая межрег. конф. НТОРЭС им. А.С.Попова: Тез. докл.- г. Москва- Пушкинские горы, 2000.- С.45-50.

79. Слейман А.Х., Волков А.А. Функция корреляции на выходе нелинейного бортового ретранслятора с многостанционным доступом с кодовым разделением каналов// Десятая межрег. конф. НТОРЭС им. А.С.Попова: Тез. докл.-г. Москва- Пушкинские горы, 2000.- С.41-45.

80. Слейман А.Х., Волков А.А. Уточнение и формирование сигнала с модуляцией с минимальным частотным сдвигом (ММС) // Десятая межрег. конф. НТОРЭС им. А.С.Попова: Тез. докл.- г. Москва- Пушкинские горы, 2000.- С. 50-54.

81. МПС России Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ)дир.е^0рлднстатута систем )а|лей.^;телешммуникации ^е^ификш^и (ИСУТЭ)1. Утверждаю:1. АКТ29 февраля 2000 г. № 01 г.Москвад.т.н^Еорелов Г.В.

82. Комиссия в составе нижеподписавшихся профессора Волкова А.А., доцентов кафедры "Радиотехника и электросвязь" МИИТ Журавлёвой Л.М. и Ромашковой О.Н. составили настоящий акт о следующем.

83. Профессор кафедры РЭС, д.т.н.1. А.А.Волков1. Л.М.Журавлёва1. Доцент, к.т.н.1. О.Н.Ромашкова