Многостанционный доступ в спутниковых системах связи

Ретрансляторы сигналов, устанавливаемые на ИСЗ, представляют собой многоствольные приемопередающие устройства. Число стволов в современных спутниках связи может достигать 24 и более. Передача сигналов разных ЗС осуществляется по разным стволам ИСЗ. Если передаются сигналы различных ЗС через один ствол ретранслятора, то такое использование стволов называется многостанционным доступом (МД). МД позволяет создать сеть связи, в которой один ствол спутникового ретранслятора дает возможность одновременно организовывать как маги стральные одно- и многоканальные системы

Рис. 12.4. Форма спектра группового сигнала системы МД с частотным уплотнением.

передачи с центральной станцией, так и системы типа "каждый с каждым". Аналогичная задача решается, например, в сети телефонной связи.

Основными требованиями к системе МД являются следующие: эффективное использование мощности ретранслятора; максимальное использование полосы частот ретранслятора; допустимый уровень переходных помех; гибкость системы.

Возможны три способа управления МД: закрепленные каналы (определенные полосы частот в полосе группового сигнала постоянно выделены для определенных ЗС); программное распределение каналов (частотные полосы представляются станциям по расписанию); незакрепленные каналы (любая ЗС может получить любой частотный канал, не занятый другой станцией). С точки зрения гибкости системы и с учетом экономических факторов предпочтительной является работа с незакрепленными каналами, несмотря на то, что при этом приходится передавать корреспондентам сведения о наличии свободных каналов.

Как и в обычных системах передачи, при МД возможны три способа уплотнения сигналов: по частоте, времени и форме. Отличие состоит в том, что групповой сигнал образуется на ретрансляторе ИСЗ ЗС, удаленными друг от друга на большие расстояния.

При МД с частотным уплотнением сигналов каждый сигнал имеет определенный участок общего группового СВЧ спектра частот. Все они передаются одновременно, а групповой сигнал, проходящий через ствол ретранслятора спутника может быть образован из сигналов не только отдельных каналов (например, тональной частоты), но и из групп каналов. На рис. 12.4 приведен спектр группового сигнала с МД в случае частотного уплотнения. Здесь на каждый ЗС сигнал, образованный одним или группой каналов тональной частоты, разнесенных по частоте, моду-лирует свою несущую ƒ_н. При определенных значениях несущих на входе ретранслятора в пределах полосы ствола ∆ƒ_р в диапазоне СВЧ образуется групповой сигнал. Значение несущих частот и девиация частоты выбираются такими, чтобы между спектрами несущих оставались защитные интервалы ∆ƒ ₃для уменьшения взаимных помех между сигналами. При этом используются различные виды модуляции. В современных системах связи широко используется метод ЧМ, а также метод ИКМ сигналов каждого канала с последующей двукратной фазовой модуляцией.

Достоинство метода частотного уплотнения состоит в простоте аппаратуры. Кроме того, аппаратура МД в данном случае совместима с большей частью эксплуатируемой аппаратуры канального преобразова-ния.

Недостатком способа частотного уплотнения является трудность обеспечения равномерного распределения мощности бортового передатчика между отдельными ЗС. Они удалены от ИСЗ на разные расстояния и поэтому дают на входе ретранслятора сигна­лы с различными уровнями. Для этого метода также характерно возникновение переходных помех между сигналами различных ЗС из-за несимметрии амплитудно-фазочастотных характеристик ретранслятора. Наконец, из-за нелинейности характеристики ретранслятора 10-15 % его мощности непроизвольно тратится на нелинейные составляющие. Однако несмотря на указанные недо­статки метод частотного уплотнения нашел широкое применение в спутниковых системах передачи, находящихся в эксплуатации.

Интенсивное развитие цифровых систем передачи привело к созданию систем с МД с использованием временного уплотнения. В таких системах каждой ЗС для излучения сигналов выделяется определенный, периодически повторяемый интервал времени, длительность которого определяется трафиком станции. Интервалы времени излучения всех ЗС должны быть взаимно синхронизированы, чтобы не перекрывались разные сигналы.

Интервал времени, в течение которого все ЗС сети по одному разу излучают сигнал, называется кадром, а длительность пакета импульсов, излучаемых одной станцией, называется субкадром.

Одним из важнейших элементов системы МД с временным уплотнением является тракт синхронизации, исключающий взаимное влияние сигналов ЗС на входе ретранслятора и обеспечивающий вхождение ЗС в функционирующую систему. Для этого часть пропускной способности ствола отводится для передачи сигналов кадровой синхронизации. В большинстве случаев применяется сигнал синхронизации в виде отдельного специализированного пакета – сигнал выделенной синхронизации. При этом синхросигналы всех ЗС передаются в кадре на фиксированных временных позициях отдельно от информационных пакетов. Структура и длительность кадровых синхросигналов постоянны, в то время как расположение и длительность информационных пакетов могут изменяться в соответствии с трафиком ЗС.

В спутниковых системах связи с МД могут найти применение также шумоподобные сигналы, которые являются широкополосными. В этом случае разделение сигналов производится по форме. Преимущества таких систем определяются высокой помехозащищенностью и скрытностью передачи информации. Однако их широкое использование ограничивается существенно меньшей, чем при временном или частотном уплотнении, пропускной способностью.

Очень перспективным представляется МД с коммутацией сигналов на борту спутника. Идея МД с коммутацией сигналов состоит в том, что на борту ИСЗ устанавливается кроме ретрансляторов коммутирующее устройство, обеспечивающее передачу полученных с ЗС сигналов только на те станции, которым эти сигналы адресованы (в отличие от обычных ретрансляторов, которые передают все сигналы на всю облучаемую поверхность Земли).

Сочетание этой системы с антеннами ИСЗ с узкой диаграммой направленности позволяет не только упростить и удешевить ЗС, но и многократно использовать для передачи на участке ИСЗ - Земля одни и те же частоты излучения для работы с раз­личными районами земного шара.