ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ
Учебное пособие
Издано в авторской редакции
Подписано в печать 31.03.2008. Формат 60*84/8. Бумага офсетная. ГарнитураTimes New Roman. Усл. печ. л. 10,0. Уч.-изд. л. 10,2. Тираж 1000 экз. Заказ №??? Отпечатано с готового оригинал-макета ЗАО «НПО «ПК Спектр» ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования Московский технический университет связи и информатики Кафедра систем и сетей радиосвязи и телерадиовещания
Методические указания и контрольные задания по дисциплине Сети и системырадиосвязи для студентов-заочников 4 курса (специальность 210700 - бакалавры)
Москва 2013
Методические указания и контрольные задания по дисциплине Сети и системы радиосвязи
Составитель: Г.И. Сорокин, доцент
Утверждено на заседании кафедры СиСРТ, протокол №2 от 10.10.2013.
Рецензент: А.С. Сорокин, профессор
1. ПОЯСНЕНИЯ К ПРОГРАММЕ дисциплины Задачей дисциплины «Сети и системы радиосвязи» является изучение принципов построения информационно-телекоммуникационных систем и сетей, видов передаваемых по ним сообщений, методов их передачи и аппаратуры, обеспечивающей эффективную передачу информации. В результате освоения дисциплины студент должен: - получить цельное представление о современном состоянии и перспективах развития систем телекоммуникаций; - общегосударственной системе связи и ее подсистемах; - знать принципы построения и функционирования линий связи и систем передачи; - представляющих физический уровень эталонной модели взаимодействия открытых систем Международной организации стандартизации. По курсу предусматриваются обзорные лекции, выполнение лабораторно-практических занятий и контрольной работы. Контрольная работа по курсу должна быть выполнена и допущена к собеседованию до экзамена. Перед экзаменом в соответствии с расписанием для каждой группы проводится консультация. Основной формой изучения дисциплины является самостоятельная работа студента с рекомендованной литературой. Целесообразно прорабатывать материал, пользуясь приведенными ниже списками вопросов и кратким пояснением к ним. Контрольную работу можно выполнять в ученической тетради в клетку или на сброшюрованных листах подходящего формата. Иллюстрации вычерчивают на тех же самых листах карандашом или шариковой ручкой, используя клетки в качестве масштабно-координатной сетки. Все исправления и дополнения, сделанные по требованию рецензента, выносят на поля в том месте, где обнаружены ошибки или заданы вопросы. Список литературы приводят в конце работы.. Номер варианта определяют по последней цифре номера студенческого билета. Текст каждого задания вместе с номером варианта и исходными данными приводят в контрольной работе на отдельной странице. Решения задач снабжают пояснениями. Контрольные работы, выполненные без соблюдения перечисленных требований, возвращаются для доработки. Допущенную к защите контрольную работу предъявляют на экзамене, где происходит ее защита. Для успешной защиты необходимо: внести исправления по замечаниям рецензента, ответить (письменно или устно в зависимости от требования рецензента) на поставленные им вопросы; уметь полностью объяснить ход решения задач, обосновать правильность использования расчетных формул, понимать смысл входящих в них символов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Основная: 1. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей: Учебник для ВУЗов/В.В.Крухмалев, В.Н.Гордиенко и др. – М.Горячая линия-Телеком,2004. 2. Системы и сети передачи информации.Уч. пособие для ВУЗов/ ГаранинМ.В., Журавлев В.И. и др.- М.: Радио и связь, 2002. 3. Телекоммуникационные системы и сети. Современные технологии. Уч.пособие для ВУЗов. Том1, 2. / Под ред. В.П. Шувалова, - М.: Горячая линия-Телеком, 2004. 4. Тепляков И.М. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей. Учебное пособие для ВУЗов - M: Радио и связь, 2004.
Дополнительная: 1. Васин В.А., Калмыков В.В. и др. Радиосистемы передачи информации. Учебное пособие для ВУЗов. - М.: Горячая линия -Телеком, 2003.
2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАЗДЕЛАМ ПРОГРАММ
Тема1. Телекоммуникационные сети. [Л1.стр.406-426; Л4.стр.7-35] Телекоммуникационная сеть (сеть электросвязи) – это совокупность технических средств, обеспечивающих передачу и распределение разнообразных сообщений по заданному адресу. В состав сети входят сетевые узлы, оконечные пункты и соединяющие их линии (каналы и тракты) передачи. Сетевые узлы предназначены для распределения информации по сети, для чего они оборудуются каналообразующей и коммутационной аппаратурой, обеспечивающей нужные соединения подключенных к данному сетевому узлу линейных трактов, каналов и линий связи. В оконечных пунктах размещаются оконечные устройства, осуществляющие передачу в сеть и прием из сети сообщений пользователей. Основой электросвязи нашей страны является Единая сеть электросвязи Российской Федерации (ЕСЭ РФ), обеспечивающая предоставление услуг электросвязи на территории РФ подавляющему числу абонентов. ЕСЭ РФ - совокупность технологически сопряженных сетей электросвязи общего пользования, ведомственных и других сетей электросвязи на территории РФ независимо от ведомственной принадлежности и форм собственности, обеспеченная общим централизованным управлением. Архитектура ЕСЭ РФ включает три сетевых уровня: 1. Системы (службы) электросвязи, т.е. комплекс технических средств, обеспечивающий предоставление пользователям услуг электросвязи. В качестве составной части соответствующей службы в архитектуру входит оконечное оборудование, расположенное у пользователя. 2. Вторичные сети связи, обеспечивающие транспортировку, коммутацию, распределение сигналов в службах электросвязи. 3. Первичные сети, обеспечивающие вторичные сети универсальными типовыми каналами передачи и сетевыми трактами. Первичной сетъю ЕСЭ называется совокупность линий передачи, сетевых узлов, образующих сеть типовых каналов передачи и сетевых трактов. Сетевые узлы организуются на пересечении нескольких линий передачи, в них устанавливается каналообразующая аппаратура систем передачи, и осуществляется переключение каналов или их групп, принадлежащих разным системам. По территориальному принципу первичная сеть подразделяется на магистральные, внутризоновые и местные первичные сети. Магистральная первичная сеть соединяет каналами различных типов все областные и республиканские центры. Внутризоновая первичная сеть, в основном, соединяет различными каналами районные сети данной области друг с другом и с областным центром. Местные первичные сети ограничены территорией города или сельского района. Они обеспечивают возможность организации каналов (или физических пар проводов) между станциями иузлами этих сетей, а также между абонентами. Часто внутризоновую сеть и местные первичные сети объединяют одним названием - зоновая первичная сеть. Основным связующим звеном первичной сети являются системы передачи. На первичной сети широко используются системы ЧРК, ВРК и цифровые системы передачи на основе технологий PDH и SDH. Основными типовыми каналами передачи первичной сети ЕСЭ являются канал тональной частоты (ТЧ), обеспечивающий передачу между двумя сетевыми узлами электрических сигналов с полосой частот 0,3 - 3,4 кГц, и основной цифровой канал (ОЦК) со скоростью передачи 64 кбит/с, а также типовые каналы и тракты в соответствии с иерархией аналоговых и цифровых систем передачи. Первичные сети, являющиеся базовыми транспортными сетями, служат основой для построения всего многообразия современных мультисервисных сетей связи. Универсальные каналы первичной сети служат основой для построения вторичных сетей, которые различаются по виду передаваемых сообщений. Вторичные сети – специализированные, они создаются на базе типовых (универсальных) каналов и трактов передачи с помощью специализированных узлов или систем со специальными пользовательскими интерфейсами для первичных информационных каналов. В состав вторичных сетей входят: оконечные абонентские установки, абонентские линии, узлы коммутации и универсальные каналы, выделенные из первичной сети для образования данной вторичной сети. В зависимости от вида передаваемых сообщений различают следующие специализированные вторичные сети: телефонную, телеграфную, передачи данных, факсимильную, передачи газет, телевизионного и звукового вещания, интегрального обслуживания (ISDN). Границей вторичных сетей является ее стык с абонентскими терминалами. Третий уровень – системы электросвязи, специализированные по определенным видам услуг, образуют уровень систем или служб электросвязи. Системы электросвязи включают в себя соответствующие вторичные сети и ряд подсистем (нумерации, сигнализации и др.). Развитие сетей идет в направлении универсализации вторичных сетей и их слияния в одну универсальную цифровую сеть на основе преобразования информационных сигналов различных видов (аудио, видео, данных) в стандартную цифровую форму. При этом происходит взаимное объединение функций первичной и универсальной вторичной сети, интеграция компьютерных и телекоммуникационных технологий передачи сигналов. Междугородняя и зоновые (региональные) сети образуют транспортную сеть, предназначенную для передачи высокоскоростных (широкополосных) сигналов к сетям доступа. Сеть доступа (абонентская сеть) включает совокупность абонентских линий и станций местной сети, по которой разнообразные специализированные сигналы передаются от пользователя к портам транспортной сети и обратно.
Контрольные вопросы
1. Что такое телекоммуникационная сеть? 2. Назовите основные элементы первичной сети ЕСЭ РФ. 3. По каким признакам различают вторичные сети связи? 4. Перечислите типы линий связи ЕСЭ РФ. 5. Поясните, что представляют собой местные, внутризоновые и междугородная телефонные сети. 6. По каким каналам передаются телеграфные сигналы? 7. Назовите особенности системы передачи данных. 8. Как строятся и работают сети факсимильной связи? 9. Как организована передача газет по факсимильным системам? 10. Что понимается под звуковым вещанием, как доводятся программы звукового вещания до слушателей? 11. Что понимается под телевизионным вещанием, как доводятся программы телевидения до населения страны? 12. Приведите пример сетей с коммутацией каналов и с коммутацией сообщений (пакетов).
Тема 2. Первичные электрические сигналы и каналы для их передачи. Формирование типовых групповых сигналов. [Л1.стр.15-54,93-117,166-182; Л2.стр.217-251]
Учащимся следует изучить основные виды первичных сигналов (телефонный, телеграфный, факсимильный, передачи данных, звукового, телевизионного вещания) и их основные характеристики: эффективную ширину полосы частот, среднюю мощность, пик - фактор, динамический диапазон и др. Основным типовым каналом передачи ЕСЭ является канал тональной частоты (ТЧ), предназначенный для передачи электрических сигналов (прежде всего телефонных) в нормализованной полосе частот 300... 3400 Гц. По каналу ТЧ можно передавать сигналы телеграфии, факсимильной связи, а также низко- и среднескоростных (< 10 кбит/сек) систем передачи данных. Для передачи широкополосных сигналов на первичной сети ЕСЭ РФ организуются типовые широкополосные каналы с нормализованными полосами частот, равные 6... 15 кГц (передача программ 3В), 240 кГц (передача изображений газетных полос), 6 МГц (передача сигналов ТВ). В телекоммуникационных сетях используются многоканальные аналоговые системы передачи с частотным разделением каналов (ЧРК) и многоканальные цифровые системы передачи с временным разделением каналов (ВРК). Изучение принципов построения систем передачи ЧРК следует начать со структурной схемы отдельного канала ТЧ и его индивидуального оборудования. Затем нужно изучить построение аппаратуры индивидуального и группового преобразования, обеспечивающей формирование групповых сигналов на 12, 60 и 300 каналов ТЧ. Изучая принципы ВРК, следует ясно представлять себе процесс преобразования непрерывного аналогового сигнала в дискретный АИМ сигнал, уметь изобразить его спектр и обосновать выбор частоты дискретизации, исходя из требований теоремы Котельникова и характеристик реальных фильтров нижних частот, используемых на передающий и приемном концах канала передачи. Процесс формирования цифрового сигнала с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ) включает в себя операции дискретизации аналогового сигнала, квантования полученных дискретных значений и их кодирование двоичным или иным кодом. Применение нелинейной характеристики квантования (например, по логарифмическому закону) обеспечивает выравнивание качества передачи сильных и слабых сигналов по отношению к шумам квантования. Обратить внимание на последовательность формирования стандартных групп цифровой иерархии сигналов (первичной, вторичной, третичной и четверичной). Уяснить принципы формирования циклов передачи в ЦСП, назначение тактовой, цикловой и сверхцикловой синхронизации, взаимосвязь между скоростью цифрового потока и эффективной шириной спектра частот. Контрольные вопросы 1. Перечислите основные параметры электрических сигналов и поясните их физическую сущность. 2. Назовите основные характеристики каналатональной частоты. 3. Поясните идею частотного разделения каналов. 4. Нарисуйте упрощенную схему системы передачи с частотным разделением каналов. Поясните назначение отдельных ее элементов. 5. Поясните идею временного разделения каналов 6. Поясните последовательность преобразования непрерывного сигнала в ИКМ-сигнал. 7. Нарисуйте упрощенную структурную схему системы передачи с временным разделением каналов. Поясните назначение отдельных ее элементов.
Тема 3. Принципы построения систем и сетей радиосвязи [Л1.стр.474-496;Л.2.стр.257-264] Изучение темы следует начать с уяснения понятий: радиоканал, система радиосвязи (СРС), радиоствол, линейный сигнал. Рассмотреть классификацию систем радиосвязи. Радиорелейные и спутниковые линии связи являются одним из основных видов линий передачи первичной сети ВСС РФ. Передача сигналов по ним осуществляется в диапазонах дециметровых, сантиметровых и миллиметровых волн, в которых можно разместить рабочие частоты большого числа станций, работающих с широкой полосой частот. Устойчивая связь с нужным качеством в этих диапазонах возможна только в пределах прямой видимости, вследствие чего для увеличения дальности связи используют ретрансляцию сигналов с помощью цепочки приемопередающих станций (в радиорелейных линиях связи) или же размещают ретранслятор, на ИСЗ (в спутниковых линиях связи). С целью увеличения пропускной способности и эффективности СРС делают многоствольными (до нескольких десятков стволов в бортовом ретрансляторе ИСЗ). Для минимизации взаимных помех распределение частот приема и передачи между стволами производят в соответствии с частотным планом. При двухчастотном плане для каждого дуплексного ствола выделяется своя пара рабочих частот, одна их которых используется для приема, а другая – для передачи. При четырехчастотном плане для обратного ствола выбирают рабочие частоты, отличные от рабочих частот прямого ствола. В многоканальных СРС имеются две ступени модуляции. Первая модуляция производится в каналообразующем и групповом оборудовании на сетевых станциях и узлах коммутации (однополосная АМ в аппаратуре ЧРК; ИКМ в аппаратуре ВРК). Вторая модуляция осуществляется в оконечном оборудовании ствола, где ВЧ сигнал промежуточной частоты модулируется (или манипулируется) групповым сигналом. В цифровых РРЛ и ССС наибольшее применение находит фазовая манипуляция (ФМ), которая обеспечивает большую помехозащищенность по сравнению с АМ и ЧМ. В системах радиосвязи передатчик, включающий модулятор, преобразователь частоты, усилитель мощности (УСВЧ), фидер и передающую антенну предназначен для формирования ВЧ колебаний заданной мощности и номинальной частоты. В модуляторе осуществляется модуляция (манипуляция) ВЧ колебаний информационными (групповыми) сигналами, сформированными в оконечном оборудовании ВЧ ствола. С помощью передающей антенны энергия выходных ВЧ колебаний передатчика преобразуется в энергию электромагнитных волн, далее распространяющихся в свободном пространстве. Приемная антенна обеспечивает преобразование энергии приходящих электромагнитных волн в энергию ВЧ электрических колебаний, которые по фидеру поступают на вход приемника, в котором осуществляется оптимальная обработка полезного сигнала (его выделение из множества других, ослабление мешающего действия помех, усиление) и демодуляция. Основными типами антенн в диапазонах дециметровых, сантиметровых и миллиметровых волн являются антенны типа «волновой канал» и апертурные антенны (рупорные, зеркальные, параболические). При изучении приемопередающего оборудования следует обратить внимание на ясное понимание назначения каждого из элементов структурных схем приемников и передатчиков (антенн, устройств совмещения, смесителей - преобразователей частоты, гетеродинов, полосовых фильтров, УПЧ, УСВЧ и др.), а также их основных параметров, характеризующих качество работы (стабильность частоты, диаграмма направленности и коэффициент усиления антенн, чувствительность приемника и его коэффициент шума, избирательность и др.). Ослабление сигнала на его пути от антенны передатчика до антенны приемника обусловлено сферическим расхождением фронта волны по мере его удаления от источника и в свободном пространстве (в космосе) прямо пропорционально квадрату расстояния между передатчиком и приемником. В реальной действительности условия распространения радиоволн существенно отличаются от условий их распространения в свободном пространстве из-за влияния атмосферы Земли и земной поверхности. Для учета этого влияния вводится понятие множителя ослабления поля свободного пространства, который зависит от многих факторов (от рельефа и электрических параметров земной поверхности, от высоты антенн, метеорологических условий и др.). Случайные изменения множителя ослабления приводят к замираниям сигнала на входе приемника и к ухудшению качества связи. Основной причиной быстрых замираний является интерференция прямой и отраженных от земной поверхности или неоднородностей тропосферы волн. Для борьбы с замираниями широко применяется метод разнесенного приема (по пространству, по частоте или их комбинации) Величина пространственного разноса антенн приемников или сдвиг частот двух передатчиков определяется условием статистической независимости (некоррелированности) замираний сигнала на входе этих антенн или на этих частотах приема.
Контрольные вопросы
1. Дайте определение радиосвязи. Нарисуйте структурную схему системы радиосвязи. 2. Чем отличается радиолиния от радиосети? 3. Поясните смысл симплексной и дуплексной радиосвязи 4. Поясните механизм возникновения интерференционных замираний радиосигнала в месте приема. 5. Назовите основные модуляции и манипуляции несущей радиопередатчика, укажите их достоинства и недостатки 6. Перечислите основные функциональные элементы радиопередатчика и радиоприемника. 7. Изобразите диаграмму уровней сигнала на пролете от выхода передатчика до входа приемника.
Тема 4. Радиорелейные линии связи [Л1.стр.349-405; Л4.стр.177-209]
Радиорелейные линии прямой видимости наряду с кабельными (ВОЛС) и спутниковыми являются основными видом линий передачи первичной сети ВСС РФ. На их основе организуются магистральные, внутризоновые и местные сети связи, формируются практически все виды каналов передачи и создаются соответствующие вторичные сети связи. Для работы магистральных РРЛ выделены полосы частот в диапазоне СВЧ-2,4,6,11,13..40ГГц. Различаются три основных типа станций РРЛ: оконченные (ОРС), промежуточные (ПРС) и узловые (УРС). ОРС предназначены для ввода и выделения сигналов. На ПРС происходит прием сигналов предыдущей станции, на усиление и передача в направлении следующей станции. УРС – это промежуточные станции, на которых передаваемые сигналы разветвляются в различных направлениях, а так же осуществляется выделение части передаваемой информации (например, программы телевидения или части ТЛФ каналов) и введение новых сигналов. Расстояние между соседними станциями (длина пролета) в магистральных РРЛ составляет от 40 до 60 км. при высоте подвеса антенн над уровнем земли 80…100 м. Используются остронаправленные приемопередающие антенны с шириной ДН 1…2 град и коэффициентом усиления 30…45 дБ, что позволяет обходиться небольшими мощностями передатчиков. В зависимости от вида передаваемых по ВЦ стволу сигналов и соответствующей оконченной аппаратуры различают телефонные, телевизионные и цифровые стволы. Для обеспечения высокой надежности обычно используется поучастковое резервирование, при котором один или несколько находящихся в горячем резерве ВЧ стволов автоматически включаются в работу взамен любого из рабочих стволов, вышедших из строя. Модуляция обычно осуществляется в модемах на стандартной промежуточной частоте 70 МГц в пределах полосы пропускания ВЧ ствола, равной 30…40 МГц. Передача цифровых сигналов по стволам аналоговых РРЛ осуществляется с помощью оконченного цифрового оборудования типа ОЦФ – 2У, ОЦФ – 8 и др. При этом возможна организация как аналого–цифровых стволов (ОЦФ – 2У), так и чисто цифровых (ОЦФ – 8, ОЦФ – 17, ОЦФ – 34) со скоростями 2, 8, 17, 34 Мбит/сек. Основными преимуществами цифровых радиорелейных линий (ЦРРЛ) по сравнению с аналоговыми РРЛ являются: возможность регенерации (восстановление) формы исходного цифрового сигнала на каждой станции и отсутствие по этой причине эффекта накопления шумов и искажений по мере увеличения протяженности линии связи; возможность достижения более высокой помехоустойчивости и качества связи; существенно большая эксплуатационная надежность. К недостаткам ЦРРЛ относятся: усложнение аппаратуры и расширение требуемой полосы пропускания в случае использования простых методов манипуляции (2ФМ). Применение многоуровневых методов манипуляции увеличивает спектральную эффективность использования полосы частот и пропускную способность цифрового ствола. При манипуляции типа 64 КАМ в стволе с полосой пропускания 27 МГц возможна передача цифрового пока со скоростью 140 Мбит/с и емкостью 1920 ОЦК.
Контрольные вопросы
1. Нарисуйте структурную схему РРЛ, поясните назначение ОРС, УРС, ПРС. 2. Почему для работы РРЛ используется диапазон СВЧ? 3. Для передачи каких сообщений предназначены РРЛ? Какова ширина спектров этих сообщений? 4. Какие виды модуляции ВЧ колебания используются на РРЛ? 5. Нарисуйте спектр группового сигнала ТФ ствола, ТВ ствола. 6. Нарисуйте структурную схему ПРС с усилением по ПЧ (с двойным преобразованием частоты). 7. Нарисуйте структурную схему ОРС ЦРРЛ. 8. Проведите сравнительный анализ АМ, ЧМ, ФМ, ОФМ, применяемых в ЦРРЛ. 9. Поясните, в чем отличие узловых и оконченных станций от промежуточных.
Тема 5. Спутниковые системы связи и вещания [Л1.стр.232-273; Л4.стр.7-35] Система спутниковой связи (ССС) включает космическую станцию – ретранслятор радиосигналов, размещенный на ИСЗ, и совокупность земных станций (ЗС), расположенных на земной поверхности в зоне обслуживания бортовой антенны ретранслятора. ЗС соединяются с узлами коммутации сети связи (например, с АМТС), с источниками и потребителями программ ТВ и ЗВ и другой передаваемой информации с помощью наземных соединительных линий. Земные станции подразделяются на: приемопередающие, работающие в сети дуплексной связи, и сети обмена ТВ,ЗВ программами; приемные, осуществляющие прием ТВ,ЗВ программ или других циркулярных сообщений; передающие, осуществляющие на участке Земля – ИСЗ передачу циркулярных программ (ТВ, ЗВ и др.), подлежащих распределению по сети приемных ЗС. ССС используются для организации магистральных ТВ каналов, а также каналов подачи и распределения ТВ программ в региональные и местные ТВ сети. Большинство ЗС работает в диапазоне 4 или 11 ГГц на прием и 6 или 14 ГГц на передачу. В системе НТВ используется диапазон 18 ГГц на передачу и 12 ГГц на прием. При изучение принципов построения ССС необходимо уяснить типы орбит ИСЗ, их основных параметры и представлять влияние параметров орбит на основные энергетические характеристики спутниковых систем. Особое внимание следует обратить на геостационарную орбиту (ГО), ее достоинства и недостатки. ССС обладает рядом специфических особенностей, связанных в основном с большой удаленностью ретранслятора от земных станций и перемещение ретранслятора в пространстве. К ним относятся: сравнительно низкий энергетический потенциал радиолиний (особенно линии ИСЗ – Земля), что объясняется большим затуханием радиоволн (примерно 200 дБ для ГО) и ограниченным энергетическим потенциалом передатчика ретранслятора; необходимость изменения ориентации антенн при перемещение спутника; наличии эхо – сигналов со значительно величиной задержки в каналах (до 500млс.); наличие эффекта Доплера (за исключением геостационарных спутников). В отличие от РРЛ, на трассах ССС практически отсутствуют замирание сигнала, а основная доля шумов на выходе канала определяется тепловыми шумами (до 70 %). Во входных каскадах приемников 3С обязательно используются малошумящие усилители (МШУ) с эффективной шумовой температурой 40…80К. Для оценки энергетического потенциала передатчика 3С используется понятие эквивалентной изотропно – излучаемой мощности (ЭИИМ), определяемое как произведение мощности передатчика на коэффициент усилия антенны (обычно, 50…90 дБВт). Энергетический потенциал приемной установки ЗС оценивается её добротностью, определяемой как отношение усиления приемной антенны к суммарной шумовой температуре станции. Добротность и ЭИИМ являются наиболее общими энергетическим параметрами ССС. Величина отношения сигнал – шум на входе приемной установки ЗС возрастает прямо пропорционально с увеличением любого их этих параметров. При изучении аппаратуры ССС большое внимание нужно уделить особенностям построения структурных схем приемника ЗС и бортового ретранслятора, чтобы ясно представлять назначение каждого из элементов этих устройств. При организации спутниковых сетей связи ВЧ ствол бортового ретранслятора работает в режиме многостанционного (множественного) доступа (МД), при котором все ЗС, находящиеся в зоне обслуживания, могут одновременно или поочередно передавать через этот стол свои сигналы. Различают два основных метода МД: многостанционный доступ с частотным разделением (МДЧР) и многостанционный доступ с временным разделением (МДВР). Необходимо уяснить основные принципы и особенности работы в режимах МДЧР и МДВР. В настоящее время в ССС используются цифровые методы передачи и обработки сигналов. Кроме основного цифрового канала (ОЦК) со скоростью передачи 64 кбит/сек, в ССС могут быть организованы цифровые тракты со скоростями 2, 8, 34, 140 и более Мбит/сек. Современные методы сжатия ТВ сигнала позволяют организовать его передачу с вещательным качеством в цифровом потоке со скоростью 2-3 Мбит/сек. При такой скорости в спутниковом канале с шириной полосы пропускания 36 МГц возможна передача 10-15 ТВ программ.
Контрольные вопросы 1. Назовите виды орбит ИСЗ и их основные параметры. В чем состоит преимущество геостационарной орбиты перед эллиптической? 2. Как проявляется эффект Доплера в ССС? 3. Поясните принцип организации связи в системах с МДЧР и МДВР. 4. Нарисуйте структурные схемы приемной установки ЗС и бортового ретранслятора, поясните назначение элементов схемы. 5. Чем отличаются зоны видимости, покрытия и обслуживания? 6. Как работает спутниковая система НТВ?
Тематика лабораторно-практических занятий 1. Изучение аппаратуры цифровой PPJI и исследование ее характеристик. 2. Изучение модема аналоговой РРЛ и исследование его характеристик. 3. Изучение аппаратуры земной станции спутниковой системы ТВ вещания и исследования ее характеристик. 7. КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ Контрольное задание содержит четыре задачи, каждая из которых составлена в десяти вариантах. Номер варианта определяется последней цифрой номера студенческого билета. Перед выполнением каждой задачи необходимо ознакомиться с относящимися к ней методическими указаниями. Задача 1 1. Нарисуйте структурную схему аппаратуры формирования многоканальной системы передачи с частотным разделением каналов на передающем и приемном концах линии связи. 2. Изобразить спектры на входе и выходе системы передачи с частотным разделением каналов. Задача 2 1. Выберите частоту дискретизации fд первичного сигнала, спектр которого ограничен частотами Fh и Fb. Для выбранной частоты дискретизации рассчитайте и постройте спектр сигнала на выходе дискретизатора. 2. Выполните операции равномерного квантования с шагом Шкв и кодирования в восьмиразрядном симметричном двоичном коде двух отсчетов аналогового сигнала с амплитудами U1 и U2. Определите величины ошибок квантования. Изобразите полученные в результате кодирования кодовые слова в виде последовательности токовых и бестоковых посылок, считая, что двоичной единице соответствует токовая посылка, а нулю - бестоковая. 3. Определите минимальное количество разрядов m в кодовом слове при котором обеспечивается заданная защищенность Акв гармонического сигнала указанной в таблице 1 максимальной амплитуды от шумов равномерного квантования. На сколько децибел изменится величина защищенности сигнала при уменьшении его амплитуды в два раза? 4. Нарисуйте структурную схему цифровой системы передачи на основе ИКМ-ВРК. Приведите рисунок, поясняющей образование группового ИКМ сигнала в ЦСП. Используя результаты расчетов, полученные в пп.1,2,3, определите тактовую частоту группового ИКМ сигнала и ширину его частотного спектра при числе каналов N, указанных в таблице 1.
Задача 3
Нарисуйте упрощенную структурную схему устройств, указанных ниже, в соответствии с номером Вашего варианта. Дайте краткое пояснение назначению каждого из элементов составленной Вами структурной схемы. 1. Функциональная схема радиопередатчика. 2. Функциональная схема супергетеродинного приемника. 3. Структурная схема тракта промежуточной частоты РРЛ. 4. Структурная схема приемопередающей аппаратуры с общим гетеродином. 5. Структурная схема приемопередающей аппаратуры с отдельным гетеродином. 6. Структурная схема многоствольной приемопередающей земной станции (ЗС) спутниковой связи. 7. Структурная схема многоствольного бортового ретранслятора (БРТР). 8. Структурная схема БРТР гетеродинного типа. 9. Структурная схема БРТР с однократным преобразованием частоты. 0. Структурная схема абонентской ЗС подвижной спутниковой связи.
4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К КОНТРОЛЬНОМУ ЗАДАНИЮ
Указания к задаче 1 [Л1, с. 113-122; Л2, с. 170-173] 1. Структурную схему аппаратуры формирования канальных сигналов в системе передачи с частотным разделением каналов следует изобразить, руководствуясь рис. 1 на стр. 114 [1] или рис. 5.2 на стр. 171[2]. Спектры частот на входе и выходе системы приведены соответственно на рис.2 стр. 114 [1] и на рис. 5.3 стр.172 [2].
Указания к задаче 2 [Л1, с. 166-174, 200-226; Л2, с. 205-209; Л4, с. 77-84] Выбор частоты дискретизации осуществляется на основе теоремы Котельникова: Fд >= 2Fb, где Fb - высшая граничная частота в спектре группового сигнала. Для упрощения задачи фильтрации полезного сигнала при его демодуляции рекомендуется выбирать частоту дискретизации из условия Fд = (1,1...1,2)2Fв. Спектр сигнала на выходе дискретизатора строят по образцу, показанному на рис. 6 на стр.173[1] или рис. 2.49 [4]. На диаграмме следует указать расчетные значения граничных и несущих частот в килогерцах, соответствующих заданному варианту. Для изучения операций квантования и кодирования заданных отсчетов следует проработать учебный материал, изложенный в [1] на стр. 201-206, 218-220. В соответствии с заданием кодирование квантованных отсчетов осуществляют в симметричном двоичном коде. Для этого типа кода единица в крайнем левом (старшем разряде) кодового слова несет информацию о полярности кодируемого отсчета: «I» соответствует положительной, «0» - отрицательной полярности, а символы остальных разрядов определяют его абсолютную величину. Пример образования симметричного восьмиразрядного кода приведен на стр. 219 в [1]. Расчеты количества уровней квантования М, количества разрядов кода в кодовом слове m и защищенности сигнала от шумов квантования Акв приведены в [1] на стр. 204 (формулы 12.13), на стр. 206 (формула 25) и на стр. 219 (формула 58). Структурная схема цифровой системы передачи показана на рис.10 (стр. 223 [1]). Формирование группового ИКМ сигнала в ЦСП поясняется на рис.11(стр. 225[1]).Тактовую частоту (fт) группового ИКМ сигнала и требуемую ширину полосы частот (ШПЧикм) линейного тракта рассчитывают по формулам (59) и (71) на стр. 224 и 226 [1].
Указания к задаче 3 [Л1, с. 349-378,387-405; Л3, с.257-267, 270-274; Л1, доп.лит.с. 291-327] Пользуясь схемами, приведенными в указанной литературе, (рис. 1-5 на стр. 369-374 в[1] и рис. 11.2, 11.10, 11.13 на стр. 296-327 в [1] Доп. лит.) составить структурные схемы радиоаппаратуры в соответствии с индивидуальным заданием.
|
