Технические науки/6. Электротехника и радиоэлектроника

магистрант Чёрный М.В.

Государственное высшее учебное заведение «Национальный горный университет»

Проблема шумов в спутниковых системах связи

Спутниковые системы связи (ССC) известны давно, и используются для передачи различных сигналов на протяженные расстояния. С момента своего появления спутниковая связь стремительно развивалась, и по мере накопления опыта, совершенствования аппаратуры, развития методов передачи сигналов произошел переход от отдельных линий спутниковой связи к локальным и глобальным системам [1].

Спутниковая связь в настоящее время является основным видом международной и национальной связи на большие и средние расстояния.

В спутниковых системах используются антенны СВЧ-диапазона частот для приема радиосигналов от наземных станций и ретрансляции этих сигналов обратно в наземных станций. В спутниковых сетях используются три основных типа спутников, которые находятся на геостационарных орбитах, средних или низких орбитах [2].

Но, не смотря на то, что эти системы используются достаточно давно и относительно не плохо изучены, все равно остаются некоторые проблемы в передачи данных по спутниковым каналам связи. Одной из таких проблем можно считать наличие такого показателя как отношение сигнал/шум.

Среда распространения, или электромагнитный тракт связи, соединяющий передатчик и приемник, называется каналом. Вообще, каналы связи могут состоять из проводников, коаксиальных и оптоволоконных кабелей, а также волноводов, атмосферы или открытого пространства. Для большинства наземных каналов связи пространство канала проходит через атмосферу. Для спутниковых каналов связи канал, в основном, проходит через открытое пространство. Понятие открытого пространства подразумевает канал, свободный от любых помех распространению в диапазоне радиочастот, таких как поглощение, отражение, преломление иди дифракции. Если часть канала приходится на атмосферу, эта часть должна быть однородной и удовлетворять всем указанным условиям. Предполагается, что земля находится бесконечно. Предполагается также, что энергия, передаваемая на радиочастотах, является функцией только расстояния от передатчика. Каналы открытого пространства описывают идеальный тракт распространения радиочастот; на практике распространение через атмосферу и возле поверхности земли подвержено поглощению, отражению, дифракции и рассеиванию, что корректирует передачу в открытом пространстве. Следует напомнить, что хотя некоторые атмосферные явления происходят на высоте до 100 км, основная часть атмосферы лежит все же ниже 20 км. Следовательно, на атмосферу приходится только небольшая часть (0.05%) обшей длины (35 800 км) тракта связи.

На рис. 1 представлена блок-схема спутникового канала связи с источниками возникновения шумов и ослабления сигнала [3].

1. Потери, связанные с ограничением полосы.

2. Межсимвольная интерференция.

3. Фазовый шум гетеродина.

4. Преобразование амплитудной модуляции в фазовую.

5. Усиление или ослабление на ограничителе.

6. Интермодуляционные составляющие, возникающие в результате взаимодействия нескольких несущих.

7. Модуляционные потери.

8. Эффективность антенны.

9. Ослабление и шум на обтекателе.

10. Потеря наведения.

11. Поляризационные потери.

12. Атмосферные помехи и шум атмосферы.

13. Пространственные потери.

14. Помехи соседнего канала.

15. Соканальная интерференция.

16. Комбинационные помехи.

17. Галактический или космический шум, звездный шум и шум побережья.

18. Потери в фидере.

19. (Собственный) шум приемника.

20. Потери аппаратной реализации.

21. Неидеальная синхронизация.

Рис. 1 - Блок-схема спутникового канала связи с источниками возникновения шумов и ослабления сигнала

На данный момент, мы не можем существенно влиять на внешние факторы возникновения шума (атмосферные помехи и шум в атмосфере, галактический или космический шум, звездный шум, температуру внешней среды, поляризационные потери). Но при этом, кроме внешних факторов, есть также факторы связаны с техническим, программным и логическим аспектами, которые можно усовершенствовать. Так же следует отметить, что огромные расстояния между земными станциями и спутником являются причиной того, что отношение сигнал/шум на приемнике очень невелико (гораздо меньше, чем для большинства радиорелейных линий связи). Для того, чтобы в этих условиях обеспечить приемлемую вероятность ошибки, приходится использовать большие антенны.

Литература:

1. А. Маршалл Гинесс. Большая книга знаний. Твер: издательство «АСТ», 2001. – 480 с.

2. Гордиенко В.Н., Ксенофонтов С.Н., Кунегин С.В., Цыбулин М.К. Современные высокоскоростные цифровые телекоммуникационные системы. Ч.З. Группообразование в синхронной цифровой иерархии: Учебное пособие / МТУСИ. – М., 1999. – 76 с.

3. Б. Скляр. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Издательство «Москва, Санкт-Петербург, Киев», 2003. – 1105 с.