д.т.н., профессор Артюшенко В.М., Кучеров Б.А.

Финансово-технологическая академия, Россия

Оценка эффективности методов регулирования мощности и скорости работы земных станций корпоративных систем спутниковой связи

Ключевые слова: корпоративные сети спутниковой связи, помехозащищенность, земная станция, космический аппарат, ретранслятор.

В данной статье рассматриваются вопросы, связанные с осуществлением анализ оценки эффективности методов регулирования мощности и скорости работы земных станций корпоративных систем спутниковой связи. Показано, что чем выше скорость передачи и чем меньше добротность приемной системы земной станции, тем меньше допустимый предел уменьшения мощности земной станции. Существование данного предела объясняется влиянием внутренних шумов ретранслятора и земной станции.

Наиболее сложной задачей регулирования мощностей земных станций (ЗС) и скорости их работы с целью повышения эффективности системы спутниковой связи является задача регулирования при работе их в стволе с прямой ретрансляцией, так как в данном случае на эффективность использования энергетики ретранслятора (РТР) влияет много факторов [1]. Это и отбор мощности РТР сильной в энергетическом отношении станцией, подавление мощной помехи сигналов ЗС, различные амплитудно-модулированные и фазомодулированные (АМ-ФМ) преобразования, непосредственное взаимное влияние станций друг на друга при перекрытии спектров их сигналов.

При работе через прямой ствол многих ЗС у них, в общем случае, могут быть различными скорость передачи информации, эффективная изотропно-излучаемая мощность (ЭИИМ), различны условия распространения. При независимом управлении этих линий связи их параметры могут изменяться случайным для других линий связи образом. Как было показано в [1], чисто случайный характер носит изменение затуханий в каналах связи при работе ЗС в различных климатических зонах. Параметры преднамеренных помех также, естественно, случайны.

Таким образом, отношение энергии сигнала к спектральной плотности мощности помехи на входе приемника любой линии спутниковой связи, работающей через один ствол с другими линиями в режиме с прямой ретрансляцией (ПР), зависит от параметров этих линий и многих других факторов, обусловленных взаимодействием сигналов в РТР, и в общем случае является случайной величиной.

При работе в стволе одной узловой сети организовать регулирование параметров радиолинии с целью повышения ее эффективности возможно, так как узловая ЗС (УЗС) имеет канал управления, по которому может осуществлять контроль за режимами работы оконечных ЗС (ОЗС) и регулировать их мощность и скорость передачи. Кроме того, УЗС имеет, как правило, возможность принимать свой передаваемый сигнал, так как обычно работает в одной зоне с ОЗС. Следовательно, в этом случае возможен не только косвенный контроль за параметрами радиолинии, но и непосредственное измерение параметров сигнала на выходе РТР.

Аналогичное управление параметрами радиолинии возможно при работе в стволе нескольких узловых сетей и если они имеют связь с приемо-передающим центром (ППЦ) по информационным каналам или по каналу управления. При этом ППЦ, как правило, также может наблюдать сигнал с выхода РТР. Централизованное регулирование, если оно возможно, является наилучшим, так как обеспечивает большую точность и минимальное время адаптации.

Для более строгого и детального обоснования высказанных выше соображений, проведем оценку эффективности методов регулирования мощности и скорости работы ЗС.

Рассмотрим сначала наиболее простой случай, когда в 4-м стволе РТР «Бастион» КА «Глобус 1» работает одна ЗС в помехозащищенном режиме. Характеристики сигнала соответствуют характеристикам аппаратуры помехозащиты (АПЗ) «Кулон-ШМ3» [2].

На рис. 1 представлены результаты расчета коэффициента помехозащиты q₁ с использованием выражения полученного в [1] для скоростей передачи 1,5 Кбит/с сплошными линиями и 6 Кбит/с пунктирными]. Кривые 1 соответствуют добротности приемной антенны средних ЗС Q = 7,5 дБ/К, а кривые 2 - добротности малых станций Q = - 4 дБ/К.

Из представленных результатов видно, что коэффициент относительной помехозащищенности (ПЗ) уменьшается незначительно при уменьшении мощности ЗС до определенного предела, после которого наступает резкое уменьшение q₁. Чем выше скорость передачи и чем меньше добротность приемной системы ЗС, тем меньше допустимый предел уменьшения мощности ЗС. Существование данного предела объясняется влиянием внутренних шумов РТР и ЗС.

Рис. 1. Помехозащищенность по входу РТР при работе одной станции в стволе

Таким образом, при отсутствии помех или других станций в полосе можно уменьшить мощность ЗС до определенного предела почти без потери относительной ПЗ. В качестве критерия оптимизации, при установленной скорости передачи информации, может быть выбран минимум мощности ЗС при заданной степени уменьшения относительной помехозащищенности от достигаемой в случае максимальной мощности ЗС, например 1%.

При наличии преднамеренных помех уменьшать мощность ЗС необходимо до величины, равной сумме ЭИИМ ЗС и коэффициента ПЗ в децибелах, превышающей мощность действующей помехи. Например, при действии помехи с ЭИИМ 80 дБВт ЭИИМ ЗС при скорости передачи информации 1,5 Кбит/с с Q = 7,5 дБ/К можно уменьшить до 56 дБВт. При этом относительная ПЗ составит 24 дБ. Очевидно, что в качестве помех можно рассматривать сигналы других ЗС, работающих в данной полосе.

Так как рост ПЗ при использовании сигнальных методов помехозащиты достигается за счет уменьшения пропускной способности линии связи, то для повышения ПЗ необходимо уменьшать скорость передачи информации. На рис. 2 показаны зависимости пропускной способности от ЭИИМ ЗС при различной ПЗ, рассчитанные с использованием выражения, полученного в [1].

Рис. 2. Скорость передачи информации при заданной помехозащищенности для одной станции в стволе

Сплошные линии рассчитаны при Q = 7,5 дБ/К, пунктирные - при Q = - 4 дБ/К. Кривые 1 соответствуют q₁ = 1 дБ, 2 - q₁= 10 дБ, 3 - q₁= 25 дБ.

Как видно из кривых, представленных на рис. 2, предел, до которого можно уменьшить ЭИИМ ЗС при заданной ПЗ, не уменьшая скорости передачи информации, почти не зависит от добротности приемной системы ЗС. Увеличение ЭИИМ ЗС выше этого предела при заданной добротности приемной системы ЗС не приводит к значительному увеличению пропускной способности линии связи, так как она ограничивается пропускной способностью РТР. Однако увеличение Q приводит к общему увеличению пропускной способности линии связи. Уменьшение мощности ЗС сверх указанного предела приводит к недоиспользованию пропускной способности РТР из-за ослабления энергетики линии вверх и, тем самым, к уменьшению пропускной способности линии спутниковой связи в целом.

Таким образом, в качестве критерия оптимизации мощности ЗС при установленной помехозащищенности может быть минимум мощности ЗС при заданной степени снижения скорости передачи информации от достигаемой при работе ЗС с максимальной мощностью.

Далее рассмотрим такую же радиолинию с одной передающей станцией в стволе, но при дополнительном воздействии помехи по входу приемника одной из приемной ЗС. Результаты расчета ПЗ линии связи с этой станцией в зависимости от ЭИИМ передающей станции при скорости передачи 1,5 Кбит/с показаны на рис. 3. Сплошными линиями показаны результаты расчета при превышении мощности помехи над мощностью сигнала на входе ЗС на 10 дБ, пунктирными линиями - на 20 дБ. Кривые 1 соответствуют Q = 7,5 дБ/К, кривые 2 - Q = - 4 дБ/К.

Сравнивая зависимости представленные на рис. 1 и 3 видно, что помехозащищенность по входу РТР уменьшается на величину, равную, примерно, отношению мощности помехи по входу ЗС к мощности сигнала на входе ЗС. Кроме того, величина данного отношения влияет и на значения предела, до которого можно уменьшить ЭИИМ ЗС.

Рис. 3 Помехозащищенность одного направления связи по входу РТР при воздействии помехи на приемную ЗС

Сравнение сплошных и пунктирных кривых 1, 2 на рис. 3 со сплошными кривыми на рис. 1 показывает, что с увеличением мощности помехи по входу ЗС увеличивается значение предела регулирования мощности ЗС. При этом влияние добротности приемной ЗС на величину предела регулирования мощности передающей ЗС уменьшается при увеличении мощности помехи по входу ЗС. Однако и в этом случае в качестве критерия оптимизации при установленной скорости передачи информации может быть выбран минимум мощности ЗС при заданной степени уменьшения относительной помехозащищенности от достигаемой в случае максимальной мощности ЗС.

Литература:

1. Артюшенко В.М., Аббасова Т.С., Кучеров Б.А. Современные направления развития корпоративных сетей спутниковой связи // Двойные технологии. – 2014. – №3 (68). – С.67–72.

2. Спутниковые системы связи и вещания. Ежегодник 1997/1998. Научно-техническое, справочно-аналитическое издание. – М.: Предприятие редакции журнала Радиотехника, 1997. – 592 с.