Ракетно-космический комплекс

РН Delta-2 (Boeing, США) запуск 8 КА (4 КА за запуск)

РН Зенит-2(НПО Южное) запуск 36 КА (12 КА за запуск)

РН Союз агеет.Франция) запуск 12 КА (4 КА за запуск)

ЗЕМНЫЕ СТАНЦИИ

Узловая станция

Количество узловых станций 150-210 (глобальное

обслуживание)

Количество антенных постов 4

Коэффициент усиления антенны (диаметр 3,4 м) 42,4 дБ

Прием 57,5 дБ

Передача 54дБ

ЭИИМ. 40,3 дБВт

G/T 18,5 дБ/К

Шумовая температура 190 К

Абонентский терминал

Тип портативного терминала

Однорежимный Globalstar

Двухрежимный Globalstar/GSM

Трехрежимный Globalstar/AMPS/CDMA

Скорость передачи 2,4Кбит/с или 4,8 Кбит/с

Вероятность ошибки в канале передачи данных не более 10~6

Мощность передатчика 0,6 Вт (портативный), 3 Вт (мобильный)

ЭИИМ -0,7дБВт

G/T 18,5 дБ/К

Шумовая температура 261 К

Параметры речевого кодека

Алгоритм речепреобразования SELP

Средняя скорость 2,4 Кбит/с (от 1,2 Кбит/с до 9,6 Кбит/с)

Качество речи 3,5 балла(по шкале MOS)

Приложение В

Приложение Г

Практическая работа № 8

«Изучение глобальной морской системы связи при бедствии и для обеспечения безопасности»

1 В результате выполнения работы студент должен

знать:

- основных принципов построения глобальной морской системы связи при бедствии и для обеспечения безопасности (ГМССББ).

уметь:

- выбирать оборудование ГМССББ.

2 Содержание работы

Цель работы:

Изучение основных принципов построения глобальной морской системы связи при бедствии и для обеспечения безопасности (ГМССББ). Ознакомление со спутниковой системой для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию КОСПАС-САРСАТ.

3 Направляющие вопросы

3.1 Существующая система связи при бедствии на море и необходимость ее совершенствования.

3.2 Системы связи, используемые в ГМССББ.

3.3 Состав космического сегмента ГМССББ.

3.4 Состав наземного сегмента ГМССББ.

3.5 Основные характеристики системы ИНМАРСАТ.

3.6 Основные технические характеристики системы КОСПАС-САРСАТ.

4 Рабочее задание

4.1 Ответить на вопросы: назначение ГМССББ, принцип построения ГМССББ, основные функции ГМССББ.

4.4 Изучить особенности и схему взаимодействия элементов КОСПАС-САРСАТ. Привести структурную схему системы КОСПАС-САРСАТ.

4.5 Изучить особенности АРБ L-диапазона и АРБ-406. Привести основные технические данные АРБ-406.

5 Указания по выполнению работы

5.1 Назначение, принципы построения и функции ГМССББ

Международная морская организация (ИМО) с момента основания, считает одной из своих основных задач решение вопросов, связанных с безопасностью на море и оказанием помощи потерпевшим бедствие.

Учитывая необходимость постоянного развития и усовершенствования различных элементов морской связи при бедствии и для обеспечения безопасности мореплавания и введения единых международных правил и процедур, ИМО провела ряд международных конференций, одобривших международные документы, касающиеся охраны человеческой жизни на море. Внедрение на море современных средств связи, включая спутниковые и аппаратуру обеспечить передачу и прием аварийных сигналов на любом расстоянии независимо от метеорологических условий и условий распространения радиоволн.

Существующая система связи при бедствии на море и для обеспечения безопасности, в соответствии с требованиями Международной конвенции по охране человеческой жизни на море 1974 г. (Конвенция СОЛАС-74) основана на том, что определенные классы судов в море должны постоянно нести радиовахту на международных частотах бедствия, выделенных для этой цели и включенных в Регламент радиосвязи. Суда также должны быть оснащены специ­альным радиооборудованием, способным передавать радиосигналы на определен­ное минимальное расстояние, включающим в себя: УКВ радиостанцию; основную радиотелеграфную станцию; резервную радиотелеграфную станцию; аварий­ный радиобуй - указатель места бедствия УКВ диапазона для использования на спасательных средствах; переносную радиостанцию; радиотелеграфный передатчик сигналов бедствия и автоматическое устройство приема аварийных сигналов; радиопеленгатор СВ диапазона; радиотелефонную станцию, радиотелефонный передатчик сигналов бедствия, приемник аварийной радиотелефонной частоты.

Существующая система связи при бедствии для судов, попадающих под правила конвенции СОЛАС-74, состоит из двух основных неавтоматизированных подсистем;

1. Радиотелеграфная система связи, работающая на частоте 500 кГц с использованием азбуки Морзе для всех крупных грузовых судов и для всех пассажирских судов.

2. Радиотелефонная система связи, работающая на частотах 2182 кГц и 156,8 МГц для всех грузовых и пассажирских судов, обеспечивающая единую аварийную связь для всех судов, подпадающих под правила Конвенции СОЛАС-74.

Основной недостаток существующей морской системы связи при бедствии - невозможность оказания помощи судну, находящемуся вне зоны наблюдения береговой радиостанции в СВ диапазоне - сделал, практически, невозможным дальнейшее усовершенствование системы.

Внедрение на море современных средств связи, включая спутниковые и аппаратуру цифрового избирательного вызова, позволяет обеспечить автоматическую передачу и прием аварийных сигналов на любом расстоянии, независимо от метеоусловий и условии распространения радиоволн.

ГМССББ, принцип построения которой показан на рисунке 1, основана на том, что поисково-спасательные организации, также как и суда в районе бедствия, должны быть в возможно короткий срок извещены об аварии и соответственно принять участие в скоординированной поисково-спасательной операции с минимальными затратами времени.

Рисунок 1 - Общий принцип построения ГМССББ.

ГМССББ должна также обеспечивать связь с позиций безопасности срочности, и а также передачу информации, обеспечивающей безопасность, включая навигационные и метеорологические предупреждения.

Принимая во внимание, что различные радиосистемы, входящие в состав ГМССББ, имеют свои ограничения, связанные с зоной действия и видом предоставляемых услуг, требования к составу судового радиооборудования в ГМССББ определены следующим образом:

- Район А1 - в пределах зоны действия береговых УКВ радиостанций(20...30 миль);

- Район А2 - в пределах зоны действия береговых СВ радиостанций (за исключением района А1) (в пределах порядка 100 миль);

- Район АЗ - в пределах зоны действия геостационарного ИСЗ морской системы спутниковой связи (примерно, между 70° с.ш. и 70° ю.ш.);

- Район А4 - оставшаяся зона, находящаяся за пределами районов А1, А2 и АЗ.

ГМССББ включает в себя два элемента: космический сегмент и наземный сегмент. Космический сегмент состоит из:

- ИС3 ИНМАРСАТ-2;

- ИСЗ системы КОСПАС-САРСАТ.

Наземный сегмент состоит из:

- спасательно-координационных центров (СКЦ);

- береговых земных станций (ЗС);

- судовых земных станций (СЗС);

- пунктов приема информации (ППИ);

- национальной международной сети связи;

- береговых радиостанций (КВ, СВ, УКВ);

- центров управления системой (ЦУС).

ГМССББ выполняет следующие функции:

1. Оповещение о бедствии. Под оповещением о бедствии быстрая и надежная передача информации об аварии судам, находящимся в районе аварии, или СКЦ, которые могут оказать помощь. Аварийное оповещение обычно поступает на СКЦ через береговую радиостанцию или береговую земную станцию системы ИНМАРСАТ, после чего аварийное сообщение передается поисково-спасательным средствам и судам в районе аварии. Оповещение о бедствии должно содержать название (позывной сигнал) аварийного судна и координаты аварии, если возможно, вид бедствия и другую информацию, которая могла бы быть использована при поисково-спасательной операции.

Средства связи должны обеспечить оповещение о бедствии независимо от района плавания судна в следующих трех направлениях: судно-берег, судно-судно и берег-судно. В связи с тем, что вероятность приема аварийного сообщения должна быть достаточно высокой, а время передачи коротким, действия поисково-спасательных организаций должны быть быстрыми, что в итоге повышает вероятность успешного проведения поисково-спасательной операции и выживания потерпевших бедствие. Оповещение в направлении судно-судно эффективно на расстоянии не более 100 миль. При отсутствии судов в районе радиусом порядка 100 миль от места аварии ГМССББ, используя спутниковую связь или связь на КВ, или комбинацию данных средств связи. должна обеспечить передачу оповещения о бедствии береговым организациям координации поисково-спасательной операции.

Суда, находящиеся в районах АЗ или А4 ГМССББ, могут передавать аварийное оповещение в направлении судно-судно на частоте 2187,5 кГц и в направлении судно-берег через судовую земную станцию системы ИНМАРСАТ, аппаратуру цифрового избирательного вызова на КВ или спутниковый аварийный радиобуй (АРБ).

Суда, находящиеся в районе А2 ГМССББ, используют частоту 2187,5 кГц для оповещения о бедствии в направлении судно-судно и судно-берег, а суда в районе А1 - частоту 156,525 МГц для аварийного оповещения с помощью системы цифрового избирательного вызова в направлении судно-судно и судно-берег.

Как правило, включение аварийного сигнала и подтверждение его приема, производится вручную. Тем не менее, при затоплении судна предусмотрено использование свободно плавающих спутниковых радиобуев, включение которых производится автоматически.

Оповещение судов, находящихся в районе бедствия, производится СКЦ через спутниковую систему связи ИНМАРСАТ, либо через традиционные связи на выделенных для этих целей частотах. Для избежания большой группы (например, в зоне действия спутника ИНМАРСАТ) используется, так называемый, "вызов судов определенного района", позволяющий ограничить район вызова. По получении ретранслированного аварийного оповещения, суда в районе аварии должны установить связь с СКЦ для получения указаний по участию в поисково-спасательной операции.

2. Связь с целью координации проведения поисково-спасательных
операций. В этот вид связи входит обмен информацией между СКЦ и руководителем спасательной операции на месте аварии или координатором поиска в районе аварии, т.е. в этом случае необходимо обеспечить обмен информацией в обоих направлениях, поэтому используется режим телефонии или телеграфии с помощью спутниковых или традиционных каналов связи в зависимости от радиооборудования, установленного на судне, и района бедствия.

3. Связь на месте проведения спасательных работ. Этот вид связи осуществляется в СВ и УКВ диапазонах в режиме радиотелефонии или радиоте­леграфии на частотах, специально выделенных для целей бедствия и безопаснос­ти между аварийным судном и судами, участвующими в спасании. Связь с авиационными средствами, участвующими в спасательной операции, производится на частотах 3023, 4125 и 5680 кГц. Поисковые самолеты должны также быть оборудованы радиостанциями, работающими на частотах 2182 кГц и/или 156,8 МГц и на других частотах, выделенных для морской подвижной службы.

4. Сигналы для определения местоположения аварийного судна. Данные сигналы передаются для облегчения поиска аварийного судна или определения местоположения потерпевших аварию. В ГМССББ для этих целей используются радиолокационные маяки-ответчики, работающие в диапазоне 9 ГГц, совместно с судовыми радиолокационными станциями.

5. Передача информации, связанной с обеспечением безопасности мореплавания. Передача навигационных и метеорологических предупреждений и другой срочной информации осуществляется в СВ диапазоне на выделенной частоте 518 кГц, с использованием режима узкополосного буквопечатания с избыточным кодированием, для оценки правильности принятой информации. Подобным же образом данная информация транслируется через спутники системы ИНМАРСАТ. В ГМССББ предусмотрен полностью автоматический прием всех видов информации, связанной с безопасностью мореплавания, навигационные и метеорологические предупреждения и другую срочную информацию.

6. Связь не относящаяся к бедствию и безопасности. Данный вид связи в ГМССББ используется для обмена информацией между судовыми и береговыми радиостанциями по вопросам управления и эксплуатации судна, которые могут оказать косвенное влияние на безопасность плавания судна.

Связь такого типа осуществляется на любых частотах, включая частотные каналы для обмена частной корреспонденцией. Примерами могут служить заявки на лоцмана, вызов буксира, заказ карт или запасных частей и т.д.

7. Связь между близко проходящими судами (мостик - мостик). Осуществляется данный вид связи по УКВ-радиотелефону с целью обеспечения безопасности движения указанных судов.

5.2 Аппаратура

5.2.1 Система ИНМАРСАТ

В состав системы морской спутниковой связи ИНМАРСАТ входят три основных элемента: космический сегмент (состоит из собственных спутников с ретрансляторами и земных станций для управления спутником), береговые,земные станции и судовые земные станции

Супутники системы ИНМАРСАТ запускаються на геостационарную орбиту в точки стояния с координатами 26º з.д., 63º в.д., 180º в.д., с целью обеспечения почти глобальной связи. Зона действия ИСЗ ИНМАРСАТ показана на рисунке 2.

Каждый ИСЗ второго поколения ИНМАРСАТ может обеспечить работу 125 телефонных каналов или прохождение нескольких телексных сообщений, передаваемых через судовые земные станции. Береговые земные станции оборудованы параболическими антеннами с зеркалом 11...14 м и используются для передачи сигналов на спутник в диапазоне 6 ГГц и приема сигналов со спутника в диапазоне 4 ГГц.

Эта же антенная система используется для передачи сигналов в L-диапазоне (1,6 ГГц) и приема в диапазоне 1,5 ГГц сигналов от береговых станций осуществляющих управление и координацию работы всех береговых станций, находящихся в зоне обслуживания одного ИСЗ. Судовые земные станции работают в L-диапазоне, частота передачи 1,6 ГГц, частота приема - 1,5 ГГц; разработано несколько типов судовых земных станции Стандарт-А - для передачи ТЛФ и ТЛГ сообщений в аналоговой форме. Результатом совершенствования системы является система Стандарт-В, которая служит для телефонной и телексной связи, передачи данных и сообщений группового вызова. Особенностью Стандарт-В является использование в ТЛФ канале методов передачи - четырехпозиционной ФМ, адаптивного и эффективного метода декодирования по Витерби с исправлением ошибок. Судовые земные станции Стандарт-С предназначены передачи цифровой информации, станция может обеспечить доступ в международную телексную сеть, службу электронной почты и массива данных, хранящихся в компьютерах, тем не менее, станция Стандарт-С не может работать в режиме телефонии. Как и в станцию Стандарт-А, в Стандарт-С может быть включен генератор аварийных сообщений для основных данных о судне и их автоматической передачи в случае Судовые земные станции используются в автоматизированной системе сообщений. При этом береговой персонал, ответственный за управление судном, имеет возможность набрать кодовый номер судна и автоматически получить информацию о его местоположении, курсе, скорости, грузе и т.п. без выхода на связь с судовым радиооператором.

Рисунок 2 - Зона обслуживания спутников ИНМАРСАТ-4

5.2.2 Система спутниковых АРБ, работающая в L-диапазоне

Система спутниковых АРБ, работающая в диапазоне частот 1,6 ГГц через ИСЗ типа ИНМАРСАТ обеспечивает быстрое оповещение о бедствии (в 2 мин. при непрерывной мощности излучения АРБ 1 Вт) зону в пределах 70° северной и южной широт. Основной принцип работы системы и ее конфигурация показаны на рисунке 3. В системе используются свободно плавающие спутниковые АРБ, ИСЗ системы ИНМАРСАТ и береговые земные станции системы ИНМАРСАТ с аппаратурой приема и обработки информации. Система одновременный прием и обработку сигналов от 20 АРБ в 10 мин., а также возможность ручного или автоматического (от радионавигационных приборов) ввода информации о местоположении АРБ в случае аварии судна может включаться вручную или автоматически при попадании в воду.

Рисунок 3 - Основной принцип действия спутниковой системы АРБ,

После включения, АРБ системы передает аварийное сообщение, в состав которого входят идентификация аварийного судна, его координаты и другая дополнительная информация, способствующая проведению поисково-спасательной операции. Передатчик АРБ работает на частоте 1645,5...1646,5 МГц, мощность излучения 1 Вт, модуляция - некогерентная, двоичная, частотная. Сдвиг частоты -120 Гц - "0"; +120 Гц - "1" с погрешностью ±1%. Стабильность частоты (долговременная – 1 год) ±3x10". Длина сообщения – 160 бит.

Передача аварийного сообщения повторяется в соответствии с заранее заданным циклом. После ретрансляции через ИСЗ, сигнал АРБ, принятый береговой земной станцией, преобразуется в ПЧ = 70 МГц и подается на многоканальное приемное устройство, управляемое компьютером с целью обнаружения и идентификации сигналов спутниковых АРБ, работающей в L - диапазоне

5.2.3 Система КОСПАС-САРСАТ

Спутниковая система для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию, получившая название КОСПАС-САРСАТ (КОСПАС - космическая система поиска аварийных судов; САРСАТ - спутниковая система слежения, используемая для поиска и спасания (Search and Rescue Satellite – Aided Tracking), является совместной спутниковой системой поиска и спасения, разработанной и в настоящее управляемой организациями Канады, Франции, США и России. Основной принцип построения системы показан на рисунке 4.

Рисунок 4 - Основной принцип действия спутниковой системы КОСПАС - САРСАТ

В системе КОСПАС-САРСАТ используются низкоорбитальные спутники запущенные на околополярные орбиты. Для глобального обнаружения и местоположения АРБ. Международная морская организация приняла решение, что свободно плавающие спутниковые АРБ в системе КОСПАС-САРСАТ должны работать на частоте 406 МГц. Требование по наличию данных АРБ на судах в ГМССББ является обязательным.

В настоящее время имеются три типа АРБ: авиационные, морские и переносные (для использования на суше), которые излучают сигналы, принимаемые спутниками системы КОСПАС-САРСАТ с ретрансляцией их на береговые земные станции (пункты приема ППИ) для обработки и определения местоположения радиобуев. Сообщения о бедствии и координаты аварийного объекта затем передаются через центр управления системой (ЦУС) либо национальный СКЦ, либо в другой ЦУС или в соответствующую поисково-спасательную службу.

Структурная схема системы КОСПАС-САРСАТ показана на рисунке 5.

Спутниковый ретранслятор

Аварийный радиобуй

В центр управления системой в США через наземную сеть

Пункт приема информации

Контроль и управление системой

В ЦУС

Рисунок 5 – Структурная схема системы КОСПАС-САРСАТ

В состав системы входят четыре спутника, два 'из которых представляются и поддерживаются стороной КОСПАС и два - стороной САРСАТ. Любой АРБ имеет свободный доступ к многоканальному приемнику БРТР на ИСЗ. Благодаря несинхронности работы буев на разных частотах при длительности передач во много раз меньшей, чем длительность пауз, различному взаимному положению буев и ограниченной дальности их действия, на ИСЗ обеспечивается одновременный прием и обработка сигналов от 20 АРБ.

АРБ-406 имеет в одном герметичном корпусе массой 5 кг два радиомаяк (на F= 406,024 МГц, мощность 5 Вт), по которому определяются координаты терпящего бедствие объекта и маломощный радиомаяк ближнего привода (F = 121,5 МГц, мощность 15...25 мВт), по которому уточняется путем пеленгования местоположение аварийного объекта и осуществляется привод поисково-спасательных средств.

АРБ-406 обеспечивает точную идентификацию объекта, передавая тип и название судна и его государственную принадлежность (например, российским судам присвоен код 221, американским - 111, канадским - 121, французским - 211 и т.д.), представляет данные о характере бедствия и координатах терпящего бедствие объекта с точностью до угловой минуты, сведения с требуемой помощи, а также о времени, прошедшем с момента аварии.

Бортовая аппаратура ИСЗ на полярной НО, обеспечивает работу системы в следующих двух режимах:

1. При нахождении ИСЗ в зоне одновременной видимости АРБ и ППИ - немедленная ретрансляция сигналов АРБ в реальном масштабе времени.

2. При нахождении ИСЗ вне зоны одновременной видимости АРБ и ППИ - ретрансляция сигналов с задержкой во времени, запоминающем их и переносом на борту ИСЗ: при пролете ИСЗ над зоной видимости АРБ-406 его сигналы принимаются, обрабатываются и записываются в ЗУ БРТР, а с входом ИСЗ в зону видимости ППИ эти данные по команде программно-временного устройства передаются на ППИ.

В бортовом ретрансляторе сигналы АРБ-406 кроме усиления подвергаются регенерации: обрабатываются бортовой ЭВМ для выделения передаваемого сообщения, изменения доплеровского сдвига частоты, привязки к единому времени, а также для формирования новой интегральной информации. После каждого принятого от АРБ-406 цифрового сообщения формируется кадр из 8 слов по 24 разряда каждое. Кадр немедленно ретранслируется на ППИ и одновременно вводится в ЗУ БРТР и в сумматор передающего устройства, где формируется суммарный сигнал, обобщающий сообщения АРБ, накопление за период полного витка ИСЗ (за время одного оборота ИСЗ вокруг Земли в БРТР может быть зафиксирована информация, полученная от 200 АРБ).

АРБ-406 имеет следующие характеристики:

Основные характеристики бортового ретранслятора:

Центры управления системами КОСПАС и САРСАТ, а также национальные ЦУС предназначены для координации действий систем и управления ими, обмена информацией между собой, с ППИ и СКЦ. Центр управления системой КОСПАС находится в Москве при Минморфлоте, американский центр управления системой САРСАТ - в Сент-Луисе, канадский в Оттаве, французский - в Тулузе. Связь между ЦУС производится по сети телекс. Национальные ЦУС, кроме того, связаны с собственными ППИ, которые обеспечивают прием аварийных сигналов с ИСЗ и определение по ним координат места бедствия судов и самолетов. На ППИ имеются параболические антенны диаметром 1,2 м, радиорелейная аппаратура, вычислительный комплекс и устройства обмена информацией. Ежесуточно на ППИ из ЦУС поступает информация о движении ИСЗ и параметрах их орбит. По этим данным производится программное наведение антенн ППИ на ИСЗ.

Принятый на ППИ суммарный сигнал от ИСЗ разделяется на сигналы отдельных АРБ, которые обрабатываются процессорами с целью определения координат аварийных объектов. Обработка данных занимает не более 20...30 мин. Затем эти данные передаются в ЦУС, а оттуда - в соответствующий СКЦ страны, отвечающий за проведение поисково-спасательной операции в данном океанском районе. При первом прохождении ИСЗ в зоне видимости АРБ место аварийного объекта определяется по данным АРБ-406 со среднеквадратичной ошибкой 2...3 км, а по данным АРБ-121 - 10...20 км. Суммарное среднее время прохождения информации о бедствии (с момента включения АРБ и до момента передачи координат АРБ на СКЦ) при наличии в системе четырех ИСЗ составляет менее одного часа.

6 Литература

6.1 Спутниковая связь и вещание: Справочник /Под ред. Л.Я.Кантора - М: Радио и связь, 1998.

6.2 Глобальная морская система связи при бедствии и для обеспечения безопасности: Пер. с англ./Ю.С.Ацерев, В.А.Богданов, Ю.А.Русин,Под общ.ред. Ю.С.Ацерова – М.:Транспорт,1998.-63 с.

Практическая работа № 9

«Изучение принципов нормирования качественных показателей цифровых спутниковых каналов и трактов»

1 В результате выполнения работы студент должен

знать:

- качественные показатели цифровых спутниковых каналов и трактов;

- структуру гипотетического эталонного цифрового тракт№

- принципы построения цифровых спутниковых трактов синхронной цифровой иерархии.

уметь:

- измерять параметры цифровых каналов и трактов.

2 Содержание работы

Цель работы: Изучение качественных показателей цифровых спутниковых каналов и трактов и принципов их нормирования.

3 Направляющие вопросы

3.1 Какой иерархии скоростей могут отвечать цифровые тракты организуемы в спутниковых системах?

3.2 Пояснить структуру ГЭЦТ.

3.3 Какие параметры качества нормируются в цифровых каналах и трактах?

3.4 Что понимается под состоянием неготовности ГЭС или ГЭЦТ?

3.6 Какие качественные показатели нормируются спутникового ГЙТЦ для международного или национального цифрового соединения?

3.7 Дайте понятие «фазовое дрожание» и причины появления.

3.8 Дайте понятие «проскальзывание по байтам».

3.9 Принципы построения цифровых спутниковых трактов в СЦИ.

3.10 Принципы измерения критериев качества – ошибки на бит и фазовое дрожание.

4 Рабочее задание

4.1 Дайте определение гипотетического эталонного цифрового тракта спутниковой системы передачи. Приведите его структурную схему.

4.2 Ознакомьтесь с качественными показателями цифровых спутниковых каналов и трактов. Дайте определение заданного качественного показателя и приведите его нормы:

Вариант А – коэффициента ошибок К_ош;

Вариант Б - фазовое дрожание,

Вариант В - проскальзывание.

4.3 Ознакомьтесь с методами измерением параметров цифровых каналов и трактов. Опишите, как производится измерение:

Вариант А – количество ошибок на бит;

Вариант Б – фазовые дрожания.

Номер варианта задается преподавателем.

5 Указания по выполнению работы

5.1 Гипотетическая эталонная цепь каналов и групповых трактов. Нормирование цифровых каналов и трактов

Сигналы телефонной связи передаются в спутниковых системах аналоговыми и цифровыми методами. Канал или тракт спутниковых линий, в которых сигнал передается аналоговым методом, является простым, так как не содержит переприемов в основной полосе – спектре частот данного канала или группового тракта, то есть содержит модулятор только на передающей земной станции (ЗС) и демодулятор – только на приемной ЗС. Канал или тракт спутниковой линии, в которых сигнал передается цифровыми методами, содержит один аналогово-цифровой преобразователь на передающей стороне.

В существующих и перспективных спутниковых системах кроме основного цифрового канала, работающего на скорости 64 кбит/с, мо­гут организовываться цифровые тракты, отвечающие следующей ие­рархии скоростей: 2048 8448-34368-13964 кбит/с, вторая иерархия скоростей, используемая в США и Японии: 1544-6312-32064 (или 44736) кбит/с.

Для цифровых систем передачи, образованных с помощью на­земных и спутниковых систем передачи, регламентируются требо­вания к стыку цифровых каналов и трактов, а именно требования на сопротивления, уровни, коды, форму импульсов в зависимости от скорости, стабильность скорости и т.д., требования на искаже­ния, вносимые цифровым трактом или каналом, ошибки, фазовое дрожание и проскальзывание. Спутниковые каналы и тракты долж­ны, как правило, отвечать требованиям на стандартные стыки по Рек. МСЭ-Т G.703.

Для нормирования спутниковых цифровых каналов и трактов, рассчитанных на передачу с различными иерархическими скоростя­ми, для одноканальных и многоканальных МДЧР систем и систем с МДВР используют гипотетический эталонный цифровой канал или тракт (ГЭЦТ), разработанный в соответствии с Рек. МСЭ-Р 521-2 (рис. 1). ГЭЦТ спутниковых линий по своему назначению, составу, функциям и принципам нормирования эквивалентен маги­стральному участку цифрового канала или тракта цифровой ЕСЭ (или цифровой сети с интеграцией обслуживания — ЦСИО); ГЭЦТ может входить в Международное гипотетическое эталонное соедине­ние (ГЭС) от абонента до абонента в ЦСИО.

Рисунок 1 - Гипотетический эталонный цифровой тракт спутниковой системы передачи

ВГ — аппаратура временного группообразования, включая аппаратуру временного многостанционного доступа, цифровой интерполяции ре­чи и аппаратуру стыка с наземными линиями на скорости, зависящей от на­значения ГЭЦТ;

ПЧ-ВЧ — аппаратура переноса с промежуточной частоты на радиочастоту; — модулятор-Демодулятор

В настоящее время разработаны два типа норм на коэффици­ент ошибок (К_ош) при передаче речи со скоростью 64 кбит /с мето­дом 8-битовой ИКМ для ГЭЦТ, не входящих в ЦСИО, и для ГЭЦТ перспективных, предполагаемых к использова­нию в ЦСИО спутниковых систем с ИКМ теле­фонией. В цифровых каналах и трактах нормируются К_ош фазовое дрожание, проскальзывание. Наиболее разработанным параметром является норма на К_ош.

В ГЭЦТ спутниковых систем, не входящих в ГЭС ЦСИО, К_ош нормируется в соответствии с Рек. 522-5 МККР. Коэффициент К_ош на выходе ГЭЦТ не должен превышать следующих значений:

10^-6 — среднее за 10 мин в течение более чем 20 % любого месяца;

10^-4 -— среднее за 1 мин в течение более чем 0,3 % любого месяца;

10^-5 — среднее за 1 с в течение более чем 0,05 % любого месяца.

Приведенные нормы должны выполняться с учетом того, что на входе могут действовать помехи от наземных и спутниковых систем, составляющие в сумме до 30 % суммарных шумов, действующих на входе демодулятора. Помехи от наземных и спутниковых систем нор­мируются в Рек. МСЭ-Р8.524-5 и SF.558-2 для трактов с ИКМ телефонией, не входящих в ЦСИО, и в Рек. MC9-PS.735 — от спутниковых для перспективных ГЭЦТ, входящих в ЦСИО.

Для перспективных спутниковых систем, работающих в ЦСИО, в Рек. МСЭ-PS.614-3 МККР сформулированы такие требова­ния: К_ош на выходе спутникового ГЭЦТ, работающего на частотах ниже 15 ГГц и образующего часть соединения в ЦСИО на скорости 64 кбит/с в то время, когда соединение находится в состоянии готов­ности, не должен превышать следующих значений:

10^-7 в течение более чем 10 % любого месяца;

10^-5 в течение более чем 2 % любого месяца;

10^-3 в течение более чем 0,03 % любого месяца.

Методика измерений показателей, содержащихся в рекоменда­ции, разрабатывается.

Передача 3В и ТВ сигналов требует долговременного коэффици­ента ошибки лучше 10^-9 при условии, что ошибки носят случайный характер, поэтому в аппаратуре АЦП для 3В и ТВ сигналов приме­няется помехоустойчивое кодирование.

Предложенная в Рек. МСЭ-Р8.614-3 формулировка норм на К_ош значительно отличается от формулировки норм на ошибки в ГЭС, данной в Рек. МСЭ-Т G.821. В Рек. МСЭ-Т G.821 нор­мы сформулированы с учетом интересов потребителя — они осно­ваны на средней длительности телефонного разговора, составляю­щей единицы минут.

Для спутникового ГЭЦТ установлены нормы, составля­ющие примерно 20 % от норм на проценты периодов усреднения, в течение которых К_ош превышает пороговую величину ошибки (вре­мя готовности порядка 1 мес.), даны в следующей редакции:

меньше 2 % одноминутных интервалов могут иметь К_ош ху­же 10^-6;

меньше 0,03 % односекундных интервалов могут иметь К_ош ху­же 10^-3;

меньше 1,6 % односекундных интервалов могут иметь ошибки.

Считается, что ГЭС или ГЭЦТ находятся в состоянии полного выхода из строя (или неготовности), когда К_ош в каждую секунду хуже, чем 10^-3 в течение периодов, равных или превышающих 10 последовательно идущих секунд.

Разработана также рекомендация для допустимых характери­стик ошибок для ГЭЦТ, действующего на скорости, равной или пре­вышающей скорость первичного цифрового тракта, т.е. на скорости 2048 и 1544 кбит/с и выше для различных иерархий (Рек. МСЭ-Р S.1062).

В соответствии с этой рекомендацией будущие и, где это возмож­но, существующие спутниковые линии, входящие в состав коммути­руемой сети общего пользования, действующие на скорости, равной или превышающей скорость первичного тракта, должны быть спроек­тированы так, чтобы по крайней мере удовлетворялись требования, установленные в Рек. МСЭ-Т G.826.

Для полного соответствия требованиям Рек. МСЭ-Т G.826 веро­ятность ошибки по битам (ВЕР), деленная на среднее число ошибок в пакете (ВЕР/a) на выходе (т.е. на любом конце двустороннего со­единения) спутникового ГЭЦТ, составляющего часть международно­го соединения, действующего на скорости, равной или превышающей скорость ПЦТ, включая 155 Мбит/с, не должна превышать в течение всего времени (худшего месяца) норм для проектирования, заданных величинами, указанными в табл. 1.

Таблица 1

Скорость передачи, Мбит/с	Процент от полного времени (худшего месяца)	ВЕР/a
1,5	0,2 2,0 10,0
2,0	0,2 2,0 10,0
6,0	0,2 2,0 10,0
51,0	0,2 2,0 10,0
155,0	0,2 2,0 10,0

В соответствии с Рек. МСЭ-Т G.821 требования Рек. МСЭ-Т G.826 сформулированы в терминах интервалов с ошибками. В обеих рекомендациях используется сходная терминология, но определения параметров различаются. В G.826 интервалы с ошибками определя­ются в терминах блоков с ошибками в противоположность ошибкам отдельных битов по Рек. G.821. Цель такого определения – обеспе­чить проверку выполнения требований на качественные показатели по G.826 без закрытия связи. Определение характеристик в терминах ошибочных блоков вместо ошибочных битов имеет важные послед­ствия для систем, где ошибки имеют тенденцию к группированию, например, где используются скремблирование и коды, исправляю­щие ошибки. Блок, используемый в Рек. G.826, является группой по­следовательных битов, которые составляют блок или кадр со встро­енным контролем в рассматриваемой системе передачи. Нормы на качественные показатели спутникового ГЭЦТ для международного или национального цифрового соединения, действующего на скоро­сти, равной или превышающей скорость передачи ПЦТ, в терминах Рек. G.826 сформулированы в табл. 2.

Таблица 2

Таким образом, из табл. 1 и 2 видно, что нормы на ГЭЦТ спутниковых линий, работающих на высоких скоростях передачи, приближающихся к скоростям передачи в волоконно-оптических ли­ниях связи (ВОЛС), ужесточаются по сравнению с передачей на ско­рости основного цифрового канала ОЦК, так как из-за возрастаю­щей конкуренции волоконно-оптических линий связи просматривает­ся тенденция на спутниковых линиях обеспечивать те же нормы, что и на ВОЛС, хотя назначение и возможности спутниковых и наземных линий связи могут быть разными. В ряде случаев спутниковые ли­нии заменят ВОЛС, и при этом для выполнения конкретной задачи не потребуется столь жестких норм на цифровые тракты.

Фазовое дрожание сигналов тактовой синхронизации определя­ется как кратковременное отклонение значащих моментов цифрового сигнала от их идеальных положений во времени. В линейных трактах спутниковых цифровых систем передачи в зависимости от причи­ны его появления различают два вида фазового дрожания:

1) из-за выравнивания скоростей, которое вызывается введением и исключе­нием бит выравнивания в процессе разделения и уплотнения во вре­мени цифровых сигналов при асинхронном вводе цифровых сигналов;

2) из-за искажений при восстановлении сигналов тактовой частоты в процессе регенерации и неидеальности линейных цепей ВЧ трак­тов спутниковых линий. При определении качества цифровых спут­никовых систем передачи важное значение имеет измерение только фазового дрожания сигналов тактовой синхронизации второго типа.

В цифровых трактах нормируют проскальзывание по битам, вы­ражающееся в отсутствии непрерывности в потоке бит, поступающих на вход цифровой системы передачи.

Определены два типа проскальзывания:

1) нерегулярные, представляющие собой изменение числа цифровых позиций, возникающие из-за отклонений в процессе син­хронизации, вызванных трактом передачи или коммутацией цифро­вого сигнала;

2) регулярные, представляющие собой предусмотренные непоправимые потери или появление нескольких последовательных цифровых позиций в цифровом сигнале при изменении скорости пе­редачи цифрового сигнала во время работы данной аппаратуры или сети с другой аппаратурой или сетью. Нормы на регулярные проскальзывания рассмотрены в Рек. МСЭ-Т G.822.

5.2 Цифровые спутниковые тракты в СЦИ

Сети передачи информации фактически выполняют транспорти­рование – перемещение информации; а также дополнительно реа­лизуют функции контроля, оперативного управления, переключения и другие сетевые функции.

Транспортная система (ТС) является базой для всех существу­ющих и планируемых служб связи для интеллектуальных, персо­нальных и других перспективных сетей, в которых могут использо­ваться синхронный или асинхронный способ переноса информации – STM или ATM.

Синхронный способ передачи информации считается наиболее перспективным и строится на базе синхронной цифровой иерархии (СЦИ).

Транспортная система СЦИ – органическое объединение инфор­мационной сети и системы контроля.

Информационная сеть образуется линиями передачи и узлами.

В качестве линий передачи в основном используются одномодовые волоконно-оптические (ВО) кабели, но широко применяются и радиолинии.

Стык выполняется на базе синхронных мультиплексоров (CM) — синхронной аппаратуры группообразования и аппаратуры оперативного переключения (АОП).

Нагрузкой информационной сети СЦИ могут быть сигналы су­ществующих сетей плезиохронной цифровой иерархии ПЦИ, а также сигналы новых служб и сетей связи – например, в асинхронном ре­жиме передачи ATM — потоки ячеек (фрагментов) широкополосной сети с интеграцией обслуживания (Ш-ЦСИО). Доступ к информа­ционной СЦИ возможен через СМ либо АОП, которая обычно вы­полняет преобразование сигналов СЦИ в сигналы плезиохронной ци­фровой иерархии, и наоборот.

Синхронный режим характеризуется жестким разделением вре­менного кадра на участки (интервалы) – битовые слова фиксирован­ной длины равной продолжительности, каждый из которых назначен определенному логическому соединению. В качестве устройства обмена применяется сверхскоростная аппа­ратура группообразования (мультиплексирования), скорость работы которой должна быть значительно выше, чем у входящих линий.

Для СЦИ определена иерархия скоростей цифровых синхронных каналов. В качестве первого уровня выбрана скорость 155520 кбит/с, в качестве 4-го — 622080 кбит/с, стандарт высших уровней — 1 244 160 кбит/с, 12-й уровень — 1866 240 кбит/с, 16-й уровень — 2488320 кбит/с.

Для работы по низкоскоростным каналам, в частности по спут­никовым, вводится синхронный транспортный модуль уровня 0 (СТМ-0) на скорость 51,84 Мбит/с.

Введение уровня ниже первого, например СТМ-0, повысит эко­номичность использования СЦИ на современных спутниковых.и ра­диорелейных линиях, где широко распространены тракты с полосой пропускания 40 МГц, а также в тех многочисленных случаях, ко­гда на сети нет необходимости в сравнительно большой пропускной способности первого уровня СЦИ.

Формат СТМ-0 не представляет уровень СЦИ и не может ис­пользоваться на интерфейсах сетевых узлов.

Для организации соединений в СЦИ в сетевом уровне трак­тов образуют виртуальные контейнеры (ВК) — блочные цикличе­ские структуры с периодом повторения 125 или 500 мкс. Субблоки Tributary Unit (СБ) обеспечивают согласование между сетевыми уровнями трактов низшего и высшего порядков и содержат информа­ционную нагрузку. В качестве субблоков могут использоваться как потоки с меньшей, чем у ВК, скоростью, так и сигналы плезиохрон­ной аппаратуры группообразования.

Таким образом, обеспечивается совместимость синхронных и плезиохронных систем передачи.

5.3 Измерение параметров цифровых каналов и трактов

В цифровых системах передачи (включая аппаратуру уплотнения и разуплотнения потоков более высоких порядков временного группообразования) наиболее актуальным прежде всего является измерение двух критериев качества – ошибки на бит и фазового дрожания.

Измерения проводят в отсутствие сигнала и при его наличии.

На скоростях передачи в первичных и вторичных цифровых трактах используются псевдослучайные последовательности длиной 2¹⁵-1=32767 бит и на более высоких скоростях – последовательности длиной 2²³-1=8388607 бит.

На входе системы передачи поток данных синхронизируется с генерируемой на месте эталонной псевдослучайной последовательностью, не содержащей ошибки; затем выполняется побитное сравнение. Любая разница в последовательностях представляет собой ошибки в битах, и они могут подсчитываться и отображаться как коэффициент ошибки, секунды, свободные от ошибок, и пр.

Фазовое дрожание (ФД), измеряемое в цифровом канале или тракте (на выходе цифрового стыка), регенераторе или других элементах, выражается тремя способами: через максимально допустимое входное ФД (определяется, какой величины ФД может быть подано на вход системы, прежде чем появится ошибка), на выходе в отсутствие входного ФД и через коэффициент передачи ФД.

Максимально допустимое входное ФД и коэффициент передачи ФД обычно измеряют в отсутствие информационного сигнала путем введения синусоидальной фазовой модуляции (ФМ) с изменяющейся частотой в испытательную ПСП. Собственное ФД в отсутствие входного ФД может быть измерено в отсутствие передачи и во время передачи информационного сигнала при условии, что измеритель ФД обладает возможностью обнаружения опорного синхросигнала из входного сигнала.

Для измерения ФД в цифровых системах передачи используют прибор, в котором устройство выделения тактовой частоты представляет собой узкополосный фильтр, настроенный на эту частоту. Выделенное напряжение поступает на двусторонний ограничитель амплитуд. Флуктуация фазы полученного таким образом колебания выделяется частотным детектором.

Литература

6.1 Маковеева М.М., Шинаков Ю.С. Системы связи с подвижными объектами: Учеб. пособие для вузов. - М: Радио и связь, 2002.

[1] DTMF - передачи абонентского номера с использованием многочастотного кода.

[2] BPSK - передача абонентского номера с помощью последовательности батарейных импульсов

Поиск по сайту: