7.2. ЦИФРОВЫЕ СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ С МДЧР

Системы типа «один канал на несущей». Первой ЦССС, нашедшей в дальнейшем широкое применение, была система МДЧР типа ОКН «Интелсат», которая используется в двух режимах работы: с закрепленными каналами и с предоставлением каналов по требованию (SPADE) [109]. Подобные системы эксплуатируются или предполагаются к внедрению во многих региональных и национальных ССС [119]. В частности, в системе «Интерспутник» предполагается использование метода ОКН на основе каналообразующей аппаратуры «Интерчат» [12].

На рис. 7.1 показан частотный план системы ОКН «Интел-сат». В полосе ретранслятора 36 МГц размещается 800 несущих с разносом 45 кГц. На центральной частоте излучается немодулированный пилот-сигнал, по которому в приемной части аппаратуры осуществляется автоматическая подстройка частоты и уровня принимаемых сигналов. Требования к стабильности уровня и частоты передаваемых сигналов в цифровых системах ОКН очень высоки. Так, нестабильность не

Рис. 7.1. Частотный план системы ОКН—ИКМ-ФМ-4

Рис. 7.2. Структурная схема блока ИКМ-ФМ-4

должна превышать а нестабильность частоты ±250 Гц. Для каналообразующей аппаратуры (выход по ПЧ 70 МГц) эти требования соответственно составляют и 100 Гц.

Основным элементом систем ОКН является канальный блок в котором осуществляются АЦП и ЦАП сигналов ТЧ, фазовая модуляция и демодуляция ПЧ несущей, перестройка частоты несущей на любую позицию частотного плана, цикловая синхронизация сигналов ИКМ, обнаружение пауз в речевом сигнале и подавление несущей в паузах разговора. Кроме того, в режиме предоставления каналов по требованию в состав входит устройство взаимодействия с аппаратурой управления.

Структурная схема систем ОКН—ИКМ-ФМ-4 представлена на рис. 7.2. Входной сигнал ТЧ подается на ИКМ преобразователь, где он преобразуется в цифровой поток со скоростью Затем цифровой сигнал подается на приемопередающий синхронизатор, в котором осуществляются формирование и ввод сигналов цикловой синхронизации и устранения фазовой неоднозначности демодулятора ФМ-4, формирование и ввод преамбул в начале каждого информационного пакета по сигналу речевого детектора, разделение суммарного цифрового сигнала со скоростью 64 кбит/с на два потока А и В по . В приемной части синхронизатора в принятых от демодулятора ФМ-4 двух потоках по 32 кбит/с устраняется фазовая неоднозначность, вырабатываются импульсы цикловой синхронизации для ИКМ декодера и осуществляется формирование сигнала с номинальной скоростью который подается на ИКМ декодер.

В модеме производится модуляция несущей вида ФМ-4, причем в системах ОКН - ИКМ/ФМ-4 используется абсолютная, а не относительная ФМ. В паузах передачи несущая выключается. Демодулятор обеспечивает когерентную демодуляцию принятого ФМ сигнала. Из-за подавления несущей в паузах сигнал излучается пакетами, поэтому предъявляются

повышенные требования по времени вхождения демодулятора в синхронизм. Примеры реализации модемов для систем ОКН даны в § 3.5.

Синтезатор частоты (СЧ) вырабатывает опорные колебания кратными которые используются для переноса частоты модулятора на любую позицию частотного плана и для выделения полезного сигнала на приемной стороне. Как правило, синтезаторы выполняют по схеме ФАП с делителем с переменным коэффициентом деления в цепи обратной связи. На ФД в схеме ФАП сравниваются фазы сигнала эталонного генератора с частотой и сигнала с выхода делителя. Установка частоты синтезатора осуществляется вручную либо автоматически от аппаратуры управления.

На рис. 7.3 представлена структура пакета системы ОКН - ИКМ-ФМ-4. В начале каждого пакета вводится преамбула, в которой отрезок в 20 бит является немодулированной несущей, а отрезок в 40 бит — несущей, манипулированной на угол Преамбула необходима для синхронизации демодулятора по несущей и тактовой частотам. Далее располагается синхрослово (16 бит), которое повторяется через каждые 128 бит. Структура синхрослова показана на рис. 7.3. Оно выбрано таким образом, чтобы на основе анализа символов на выходах каналов демодулятора можно определить, какое из четырех возможных значений неоднозначности см. рис. 3.19) имеет место и установить их правильное положение.

Важным элементом является речевой детектор который обнаруживает паузы в речевом сигнале и формирует

Рис. 7.3. Структура пакета в системе ОКН—ИКМ-ФМ-4

Рис. 7.4. Зависимость коэф фициента активности канала фиксированный порог; — адаптивный

сигнал включения несущей на время пауз. К работе предъявляют противоречивые требования. Чтобы не искажать речевой сигнал в на чале фраз, порог срабатывания РД следует сделать низким. При этом возможны ложные срабатывания от шума в канале. Поэтому применяемые в аппаратуре работают по сложным алгоритмам, учитывающим как статистические свойства речевых сигналов (распределение уровней, спектры отдельных звуков и др.), так и свойства шума в каналах ТЧ [114]. Так, в «Интерчат» применен РД со сложным адаптивным алгоритмом работы [110]. Адаптация порога срабатывания РД осуществляется по уровню шума в канале и основана на анализе 1024 отсчетов ИКМ. Схема РД реализована на микропроцессорах. На рис. 7.4 представлены результаты измерений активности канала в зависимости от уровня шума в канале для обычного РД с фиксированным порогом и адаптивного [110].

Канальный блок является основным узлом аппаратуры ОКН и определяет как параметры канала, так и сложность и габариты КОА. Поэтому в современной в том числе и в «Интерчат» [111], широко используют микропроцессорные системы обработки сигналов.

Кроме метода ИКМ/ФМ-4 в цифровых системах ОКН находят применение и другие режимы передачи, основанные прежде всего на использовании низкоскоростных АЦП речевых сигналов, таких как АДИКМ и Так, в аппаратуре «Интерчат» кроме метода передачи ИКМ/ФМ-4, аналогичного по своим параметрам методу ИКМ/ФМ-4 «Интелсат», предусмотрен режим работ АДМ/ОФМ-2 [12].

Преимущество этого метода состоит в более высокой пропускной способности и более простом построении канального блока, структурная схема которого показана на рис. 7.5.

Так как при передаче сигналов не требуется цикловая синхронизация, то в состав пакета информации нет необходимости вводить синхрослово и соответственно отпадает необходимость в синхронизаторе. Формирование преамбулы вида, показанного на рис. 7.5, осуществляется непосредственно в Затем преамбула объединяется с информационной последовательностью в блоке АДМ. В режиме АДМ/ОФМ-2 КБ является более простым по сравнению с как из-за отсутствия синхронизатора, так и из-за более простой схемы АЦП.

В аппаратуре «Интерчат» возможен и вариант передачи АДМ ( который как по качественным показателям канала ТЧ, так и по энергетическим параметрам спутникового канала занимает промежуточное положение между двумя основными вариантами ИКМ/ФМ-4 и АДМ/ОФМ-2. Описание модема аппаратуры «Интерчат» дано в § 3.5.

Так как режим ИКМ/ФМ-4, обеспечивая высокое качество передачи сигналов ТЧ, требует повышенной энергетики, а в варианте АДМ/ОФМ-2 при хорошем качестве передачи речи требуется на меньшая мощность сигнала, то совместное использование этих режимов позволяет сочетать требования трафика с ограниченной энергетикой ствола ЦССС.

Эффективность систем ОКН существенно повышается при использовании принципа предоставления каналов по требованию. Если в режиме закрепленных каналов один или несколько спутниковых каналов (частотных позиций) закрепляется между двумя корреспондирующими станциями независимо от наличия или отсутствия трафика между ними, то в режиме незакрепленных каналов эти спутниковые каналы выделяются только при наличии вызовов с одной или другой станции. Для организации работы ССС с ОКН и предоставлением каналов по требованию к КОА ОКН добавляют аппаратуру управления, которая может осуществлять как децентрализованное (система «Интелсат»), так и централизованное управление каналами Индонезия, НОРСАТ скандинавских стран). В последнем случае всю аппаратуру управления устанавливают на центральной станции а на всех зональных станциях к добавляется устройство обнаружения сигналов вызова с МТС и

Рис. 7.5. Структурная схема АДМ—ОФМ-2

оборудование канала взаимодействия с что существенно проще аппаратуры децентрализованного управления.

Групповые системы МДЧР.

Рассмотренные выше системы МДЧР с ОКН при сравнительно большом числе каналов, передаваемых с ЗС, становятся аппаратурно сложными, так как на каждый канал требуется индивидуальный т. е. фактически один приемопередатчик. В этих случаях находит применение передача группы каналов на отдельных несущих. Скорость группового сигнала обычно лежит в диапазоне от 512 кбит/с (8 ИКМ каналов) до 2,048 Мбит/с (30 ИКМ каналов). В некоторых случаях предполагается передача потоков со скоростью 8, 192 Мбит/с (120 ИКМ каналов) и 34 Мбит/с (480 ИКМ каналов или цифровое ТВ) [119].

Наряду с передачей групповых телефонных сигналов потоки со скоростью до 2 Мбит/с могут быть сигналами высокоскоростных данных, причем их скорость передачи может меняться ступенями по 64 кбит/с. Кроме того, в потоках 2 Мбит/с передают сигналы видеотелефона, которые в последнее время широко применяют для проведения видеотелеконференций. Примером системы, ориентированной на передачу таких сигналов методом МДЧР, является ЦССС Скандинавских стран Теле-Х [119]. В системе Теле-Х предполагается использование высокой ЭИИМ спутника в сочетании с большим числом (до 500) малых ЗС (диаметр антенны 1,5 — 2,5 м). Передача сигналов будет осуществляться методом ОФМ-4 в сочетании с помехоустойчивым кодированием. Ствол с шириной полосы 40 МГц будет иметь пропускную способность 500 каналов по 64 кбит/с или 20 каналов по 2 Мбит/с. В стволе с полосой 86 МГц можно будет передать 25 каналов по 2 Мбит/с, 6 по 8 Мбит, 2 по 34 Мбит/с или один канал 140 Мбит/с.

Примерно такие же задачи решает многофункциональная сеть ЦССС ЕВРОСАТ [119], в которой полоса ретранслятора 72 МГц поделена на 3200 частотных позиций с шагом 22,5 кГц. В системе предусмотрена передача сигналов со скоростями

64, 128, 256, 1920 и 2048 кГц методом ОФМ-4 и сверточным кодированием с декодированием по алгоритму Витерби с мягким решением. Эта сеть в основном предназначена для передачи данных, видеотелеконференций и т. д. Некоторые каналы могут быть однонаправленными, циркулярными или резко асимметричными по своему характеру (дистанционное использование ЭВМ, видеопередачи с обратным звуковым каналом и т. д.). Для передачи таких сигналов ЦССС эффективнее наземных линий связи. При передаче стандартных канальных групп со скоростью 2,048 Мбит/с возможно использование ЦИР, что позволяет в потоке с такой скоростью передать каналов [115].

Система ЦССС с МДЧР «Группа».

Систему используют в национальной системе спутниковой связи СССР [1, 9]. Передача цифровых сигналов осуществляется со скоростью 512 кбит/с через ИСЗ-типа «Горизонт» и «Молния-3» между Москвой и рядом городов Сибири, Дальнего Востока, Средней Азии, в которых имеются станции «Орбита».

В качестве АЦП в системе «Группа» используют аппаратуру «Карелия-СМ» [91 (см. § 1.2), которая обеспечивает преобразование методом каналов ТЧ в цифровой поток со скоростью Имеется возможность вместо каналов передать 8 каналов с АДМ со скоростью 28 кбит/с на канал. При этом в потоке 512 кбит/с передается 12 каналов Цифровой поток передается методом Номинальная вероятность ошибки равна при отношении . В системе предусмотрен также режим передачи с использованием помехоустойчивого кодирования со скоростью 1/2. Помехоустойчивый биортогональный код обеспечивает энергетический выигрыш около При этом увеличение пропускной способности системы согласно данным табл. 7.1 составляет Технические параметры модема и кодека для этого режима работы можно найти в § 3.5 и 5.5.