Αναλυτική Μέθοδος για τον υπολογισμό Συνκαναλικής Παρεμβολής σε δορυφορικές ζεύξεις οι οποίες επαναχρησιμοποιούν συχνότητες

Transcript

1 Αναλυτική Μέθοδος για τον υπολογισμό Συνκαναλικής Παρεμβολής σε δορυφορικές ζεύξεις οι οποίες επαναχρησιμοποιούν συχνότητες Εισαγωγή Το κείμενο αυτό παρουσιάζει τα αποτελέσματα κατά την ανάπτυξη ενός, φιλικού προς τον χρήστη, κώδικα (σε Matlab) ο οποίος χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της συνκαναλικής(co-channel) παρεμβολής τόσο στο downlink όσο και στο uplink ενός συστήματος δορυφορικής ζεύξης το οποίο χρησιμοποιεί εκ νέου συχνότητες(frequency Reuse) σε κατευθυντικές κεραίες (spot beams) ή κυψελών κάλυψης(cell coverage). Οι δέσμες ή τα κελιά καθορίζονται σε γωνιακό επίπεδο(angular domain) και μετρούνται από τον δορυφόρο ή την ανυψωμένη πλατφόρμα, ενώ οι κυψέλες διατάσσονται σε εξαγωνικό πλέγμα. Η μέτρηση που πραγματοποιείται είναι στιγμιαία κατά την εισαγωγή των δεδομένων στο σύστημα. Τα αποτελέσματα αναφέρονται στο συνολικό CIR μαζί με το CIR για το downlink και το uplink, ενώ επίσης υπολογίζεται το συνολικό CNIR και συγκρίνεται με την υποβάθμιση του CNR του συστήματος. Επιπλέον, γίνεται σύγκριση για διαφορετικά συστήματα, με τιμή συχνότητας επαναχρησιμοποίησης ( N reuse ) 3,4,7,13 σε γεωστατικά (GEO) και συστήματα χαμηλής τροχιάς (LEO). Σαν συμπέρασμα από τα αποτελέσματα μπορούμε να πούμε πως η συνκαναλική παρεμβολή αυξάνεται με την μείωση του αριθμού επαναχρησιμοποίησης για την συχνοτική επαναχρησιμοποίηση των κυψελών, ενώ ταυτόχρονα μπορεί να προκαλέσει σημαντική υποβάθμιση στο συνολικό CNR του συστήματος. Γλωσσάρι θ(3db) Γωνία απωλειών 3dB BER Bit error Ration(Ρυθμός Σφαλμάτων bit) BW Εύρος ζώνης(σε MHz) CDMA Τεχνική χρήσης πρόσβασης CIR Φέρον προς παρεμβολή σε db CNR Φέρον προς θόρυβο σε db CNIR Φέρον προς θόρυβο και παρεμβολή σε db DL Downlink δορυφόρου ES Σταθμός βάσης(γης) FDMA Τεχνική χρήσης διαφορετικών συχνοτήτων για πολλαπλή πρόσβαση κώδικα πολλαπλής

2 FEC Πρόσθια διόρθωση σφαλμάτων GEO Γεωσύγχρονος δορυφόρος Gtx, Grx Κέρδος - Τ:εκπομπού, R:λήπτη LEO Χαμηλής τροχιάς δορυφόροι Lpath Απώλειες κενού χώρου σε db Lscan Απώλειες κεραίας σάρωσης σε db Latm Απώλειες ατμόσφαιρας καθαρού ουρανού σε db Lmisc Απώλειες τυχαίας φύσης σε db MEO Μεσαίας τροχιάς δορυφόροι MT Τερματικό κινητού σταθμού Nreuse Αριθμός επαναχρησιμοποίησης συχνοτήτων OBP Επεξεργασία εν κινήσει SNR Signal to Noise Ratio (Σήμα προς θόρυβο) TDMA Τεχνική χρήσης διαφορετικών χρονικών θυρίδων για πολλαπλή πρόσβαση Tsys Θερμοκρασία Kelvin UL Uplink δορυφόρου θορύβου συστήματος σε Γενικές Πληροφορίες Η παρεμβολή, είναι εκ φύσεως, καθοριστική για τα τηλεπικοινωνιακά συστήματα και το είδος της εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το υπό μελέτη σύστημα. Η παρεμβολή κατατάσσεται σε 2 κατηγορίες: intra-system:(ενδοσυστηματική) όπως η συνκαναλική παρεμβολή. inter-system:(διασυστηματική) από το ένα σύστημα στο άλλο, όπως η εκτός μπάντας εκπομπές που παρεμβάλλουν τα γειτονικά ανεξάρτητα συστήματα. Στην περίπτωση ενός δορυφορικού τηλεπικοινωνιακού συστήματος, η ενδοσυστηματική παρεμβολή, πρωτογενής φύσεως, είναι προϊόν ενδοδιαμόρφωσης που οφείλεται στην μη γραμμικότητα του μείκτη, με αποτέλεσμα την γένεση συχνοτήτων στη ζώνη διάβασης του αποδέκτη και η συνκαναλική παρεμβολή που προέρχεται από την ταυτόχρονη εκπομπή από 2 ή περισσότερους σταθμούς στο ίδιο συχνοτικό κανάλι. Το δεύτερο αυτό

3 είδος παρεμβολής είναι αναπόφευκτο στην περίπτωση που έχουμε κάποια μεθοδολογία επαναχρησιμοποίησης συχνοτήτων και σε αυτού του είδους την παρεμβολή θα επικεντρωθούμε στο παρόν κείμενο με σκοπό την διακριτοποίηση (quantify) της ποσότητας αυτής της παρεμβολής. Με την χρήση της μεθόδου επαναχρησιμοποίησης συχνοτήτων είναι δυνατή η χρήση εκ νέου του διαθέσιμου φάσματος από ένα δορυφορικό σύστημα επικοινωνιών το οποίο χρησιμοποιεί κυψέλες κάλυψης χώρου που απέχουν κάποια εύλογη απόσταση πάνω στην επιφάνεια της Γης. Ο σχεδιαστής πρέπει να γνωρίζει πως η μέθοδος αυτή ελοχεύει τον κίνδυνο συνκαναλικής παρεμβολής και πως ο υπολογισμός της παρεμβολής αυτής θα δώσει τα κατάλληλα εργαλεία για την βελτιστοποίηση των σχεδίων και την διαχείριση του link budget. Στο παρόν κείμενο μελετάται μια μέθοδος υπολογισμού της συνκαναλικής παρεμβολής για ένα δορυφορικό σύστημα με frequency reuse σε διαφορετικές δέσμες σημείου (σταθμός βάσης). Ο αριθμός επαναχρησιμοποίησης( N reuse ) δίνει τον αριθμό των τμημάτων που αποτελούν το συνολικό φάσμα συχνοτήτων (μπάντα) του συστήματος. Μεμονωμένες δέσμες παραλαμβάνουν ένα τμήμα του φάσματος έτσι ώστε ένας αριθμός διαδοχικών δεσμών ίσος με το N reuse να χρησιμοποιεί όλο το φάσμα. Στο σχήμα 1.1 τα χρώματα που χρησιμοποιούνται δείχνουν τα συσχετιζόμενα uplink και downlink καναλιών χρήστη. Με ίδιο χρώμα συμβολίζονται τα γειτονικά κανάλια που προκαλούν co-channel interference.

4 Βασικές Έννοιες και Υπολογισμός τους Μαζί με το CNR, ο υπολογισμός όλων ή μερικών παρεμβολών μας οδηγεί στον υπολογισμό ενός πολύ χρήσιμου μέτρου επίδοσης του συστήματος: το συνολικό CNIR, το οποίο περιλαμβάνει και την παρεμβολή και δίνεται από την σχέση: που εμφανίζεται σε συστήματα τα οποία χρησιμοποιούν frequency reuse καθώς και ενισχυτές ισχύος, στην μη γραμμική περιοχή λειτουργίας τους. Επίσης ο όρος (C/I)o δύναται να αναφέρεται και σε κάθε είδους παρεμβολή που είναι πιθανό να χρειάζεται να υπολογισθεί. Όπως έχουμε ξαναναφέρει εμείς θα μελετήσουμε μόνο την co-channel interference και έτσι ο τύπος καταλήγει στην μορφή: Με το C / I CC DL να εξαρτάται κυρίως από τον αριθμό reuse και το ποσοστό της ισχύος, όπου ισχύς θεωρείται αυτή των πλευρικών λοβών στους οποίους παρεμβάλουν, στο ίδιο κανάλι, δέσμες ακτίνων που είναι γειτονικές στον αποδέκτη του σταθμού βάσης. Το C / I CC UL εξαρτάται από τον αριθμό reuse και τον αριθμό των συνκαναλικών χρηστών που εκπέμπουν ταυτοχρόνως και λαμβάνονται από τους πλευρικούς λοβούς της παρεμβαλομένης δέσμης. Στην περίπτωση που ο επαναλήπτης δεν είναι γραμμικός ή επεξεργάζεται το σήμα δυναμικά (OBP) τότε τα επιμέρους CIRή CNIR είναι χρησιμότερα από το συνολικό CNIR. Αν επιπλέον χρησιμοποιείται και FEC τότε το BER δίνει καλύτερη εκτίμηση λειτουργίας του link. Γίνεται αντιληπτό πως οι ψηφιακές τεχνικές( OBP και FEC) καθιστούν το BER κυρίαρχο κριτήριο αντί των CNR ή CNIR, τον οποίων όμως ο υπολογισμός είναι απαραίτητος για τον υπολογισμό του BER, πράγμα το οποίο θα απαιτήσουμε σε αυτό το πρόγραμμα.

5 Παραδοχές Οι δέσμες σημείου ενός δορυφόρου παρέχουν την επαναχρησιμοποίηση συχνοτήτων του σεναρίου Οι κατευθυντικές κεραίες έχουν ένα καθορισμένο από τον χρήστη φωτισμό ή beamwidth και παρέχουν αλληλοκάλυψη σε X-dB επίπεδο κάτω από την ισχύ κορυφής της δέσμης. Η αλληλοκάλυψη, τουλάχιστον στο κέντρο της περιοχής κάλυψης, είναι συνεχής Τα beamwidths είναι τα ίδια για όλες τις κατευθυντικές κεραίες ενός link Τα σχετικά διαγράμματα ακτινοβολίας για όλες τις κατευθυντικές κεραίες είναι ίδια Τα κέντρα των κατευθυντικών κεραιών έχουν εξαγωνικό σχήμα στο γωνιακό επίπεδο, πράγμα που σημαίνει πως η γωνία μεταξύ 2 γειτονικών κέντρων κατευθυντικών κεραιών, όπως φαίνονται από τον δορυφόρο, είναι ίδια και τα κέντρα κατευθυντικών κεραιών είναι οι κορυφές ενός εξαγώνου, του οποίου οι γραμμές που ενώνουν τις κορυφές αυτές αντιπροσωπεύουν γωνία, και όχι απόσταση, μεταξύ των κατευθυντικών κεραιών σημείου Για δορυφορικά σήματα η εκπεμπόμενη ισχύς είναι η ίδια για όλες τις κατευθυντικών κεραιών Η πηγή εκπομπής σήματος ισχύος και το κέρδος κεραίας είναι το ίδιο για κάθε χρήστη και παρεμβολέα ενός link. Δηλαδή, αν ο χρήστης του uplink είναι κινητό τότε και οι παρεμβολείς του uplink θα είναι κινητοί με την ίδια ισχύ εκπομπής και κέρδος κεραίας. Διαφορετικές κεραίες χρησιμοποιούνται στο uplink και το downlink Στο uplink, ακριβώς ένας συνκαναλικός παρεμβολές εκπέμπει επιτυχώς σε κάθε συνκαναλικό κελί Οι υπολογισμοί γίνονται για συστήματα FDMA/TDMA, στα οποία ο χρήστης έχει μοναδική πρόσβαση στο κανάλι σε κάθε δέσμη Η τοποθεσία του συνκαναλικού παρεμβολέα είναι τυχαία, αλλά μελετούνται και οι περιπτώσεις καλύτερης και χειρότερης περίπτωσης Δεν υπάρχει έλεγχος ισχύος από κανένα εκπομπό ή δέκτη Οι απώλειες κεραιών scan υπολογίζονται αλλά δεν αλλάζουν τα διαγράμματα ακτινοβολίας των δεσμών σημείου Όλα τα σήματα παρεμβολής, συμπεριλαμβανομένου του θορύβου συστήματος, είναι στατιστικά ανεξάρτητες, με την ευρεία έννοια, τυχαίας προέλευσης στατικές διαδικασίες με μηδενική μέση τιμή.

6 Διάγραμμα Ροής

7 Παραμετροποίηση Ο κώδικας διαβάζει ένα αρχείο Microsoft Office Excel το οποίο περιέχει 3 διαφορετικά worksheet για τις Γενικές, Uplink, Downlink παραμέτρους εισόδου και τις τιμές τους.

8 Ο χρήστης μπορεί να προσδώσει κατάλληλη τιμή στις παραμέτρους και να διορθώσει την θέση του δορυφόρου καθώς και το κέντρο της περιοχής κάλυψης. Ο προσδιορισμός του κέντρου είναι σημαντικός καθώς οι κυψέλες επικαλύπτονται με τέτοιο τρόπο έτσι ώστε οι γραμμές που ενώνουν τα κέντρα κυψελών να σχηματίζουν ένα εξάγωνο, στο γωνιακό επίπεδο. Προσδιορίζονται επίσης ξεχωριστά footprint (ίχνη) του δορυφόρου καθώς και η ελάχιστη γωνία ανύψωσης που εξασφαλίζει το ότι ο σταθμός βάσης χρήστη θα έχει οπτική επαφή με τον δορυφόρο. Για να είναι ένας δορυφόρος ορατός από την Γη θα πρέπει σύμφωνα με το σχήμα 2.2 να ισχύει: Επιπλέον θα πρέπει ο δορυφόρος να έχει μια ανύψωση μεγαλύτερη ή ίση με την ελάχιστη γωνία ανύψωσης του input file. Στην περίπτωση μας υποθέτουμε ελάχιστη γωνία ανύψωσης τις 5 μοίρες.

9 Στα παραρτήματα D και E περιέχονται τα αποτελέσματα μιας τέτοιας μελέτης και το E συγκεκριμένα περιλαμβάνει όλους τους απαραίτητους μαθηματικούς υπολογισμούς που χρειάστηκαν για την προσομοίωση.

10 Επιπλέον δίνεται η δυνατότητα να δοθούν οι γεωγραφικές συντεταγμένες για να διαπιστωθεί η παρεμβολή στα όρια της κυψέλης κάλυψης, τόσο για το uplink όσο και για το downlink, είτε με τη μορφή γεωγραφικό πλάτος και μήκος, βοράς-νότος ή με την χρήση τοποθεσιών των σχετικών θέσεων σε χάρτες uplink-downlink. Επιπρόσθετα, δίνεται η ευχέρεια επιλογής όλων των συνκαναλικών κυψελών για υπολογισμούς ή μόνο των πρώτων κοντινών, που είναι και οι επικρατέστεροι. Έτσι είναι δυνατόν να υπολογιστούν οι λεγόμενες τυχαίες απώλειες καθώς και οι απώλειες scan στις γειτονικές δέσμες που δίνονται από την σχέση: Ο τύπος των διαγραμμάτων κεραιών είναι περιορισμένος και μπορεί να προσδιορισθεί μόνο ο τύπος φωτισμού της ομοιόμορφης κυκλικής, που δίνεται από τον παρακάτω τύπο. Αύξηση της τιμής ισοδυναμεί με μείωση των πλευρικών λοβών όπως φαίνεται και στον πίνακα 2.5, για διάφορα διαγράμματα στους πλευρικούς λοβούς.

11

12 Υπολογισμός Παρεμβολής στο Uplink Σκοπός μας είναι ο προσδιορισμός της συνκαναλικής παρεμβολής στο uplink για μια δεδομένη συχνότητα, με παρεμβολείς που εκπέμπουν στο ίδιο κανάλι γειτονικών κυψελών. Μια αξιοσημείωτη θεώρηση είναι πως υπάρχει μόνο ένας χρήστης να εκπέμπει σε κάθε ίδιο κανάλι γειτονικής κυψέλης. Ο κώδικας ακολουθεί 3 βήματα για τον υπολογισμό της ισχύος συνκαναλικής παρεμβολής: Step 1 Καθορισμός περιοχής κάλυψης και αναγνώριση συνκαναλικών παρεμβολέων. Το πρόγραμμα διαβάζει τις διάφορες παραμέτρους του Excel αρχείου και σχεδιάζει το κανονικοποιημένο διάγραμμα κεραίας με βάση το εύρος δέσμης 3dB και την τιμή taper. Υπολογίζει αμέσως την γωνιακή ακτίνα της δέσμης σημείου για X-dB αλληλοκάλυψη και σχηματίζει μια χαρακτηριστική κατανομή κυψελών στο γωνιακό επίπεδο όπως φαίνεται στο σχήμα 2.4. Η X-dB ακτίνα υπολογίζεται με μια ολοκληρωτική συνάρτηση στο Matlab, η οποία χρησιμοποιεί cubic spline μέθοδο. Στο παράρτημα C δίνεται ο κώδικας για τον υπολογισμό της X-dB ακτίνας και το σχεδιασμό του διαγράμματος κεραίας με το όνομα PLOT_ANT_PATTERN. Οι κατευθυντικές κεραίες κατανέμονται με τέτοιο τρόπο, έτσι ώστε οποιαδήποτε κέντρα γειτονικών κατευθυντικών κεραιών να είναι σε εξαγωνικό σχηματισμό με την ίδια γωνία σε όλη την περιοχή κάλυψης. Με τον τρόπο αυτό αποφεύγεται η ανάγκη υπολογισμού της ακτίνας διαφορετικών κυψελών καθώς και ο υπολογισμός της απόστασης μεταξύ συνκαναλικών κυψελών στην επιφάνεια της Γης. Επιτρέπεται έτσι ο σχηματισμός footprint από τις κατευθυντικές κεραίες οτιδήποτε σχήματος, στην Γη. Το ίχνος κάτω από τον δορυφόρο είναι κυκλικό και γίνεται ελλειπτικό για μεγαλύτερες γωνίες, σχήμα 2.5.

13 Η γωνία μεταξύ διαδοχικών κυψελών και μεταξύ γειτονικών κυψελών συνκαναλικής φύσης δίνεται από τις σχέσεις: Step 2 Στο βήμα αυτό η γωνία κάθε παρεμβολέα με το uplink της κατευθυντικής κεραίας, που εξυπηρετεί τον χρήστη του σταθμού βάσης, υπολογίζεται με βάση τα διαφορετικά μήκη διαδρομών που έχει από τον δορυφόρο. Η γωνιακή απόσταση των συνκαναλικών κυψελών υπολογίζεται με τον ίδιο τρόπο με τις εξισώσεις του βήματος 1, με τη διαφορά πως αντί να χρησιμοποιηθεί μια κυψέλη reuse τιμής ίση με 1 για όλη την περιοχή κάλυψης, χρησιμοποιείται η ακριβής τιμή του cell reuse. Τρεις διαφορετικές τοποθετήσεις εξετάζονται για τους παρεμβολείς, τυχαία (random), χείριστη (worst case), κάλλιστη (best case). Για το τυχαίο σενάριο, οι παρεμβολείς τοποθετούνται τυχαία στις συνκαναλικές κυψέλες, μέσω μιας ψευδοτυχαίας διαδικασίας του Matlab. Οι παρεμβολείς κατανέμονται τυχαία κατά r (ακτίνα κυψέλης στο γωνιακό επίπεδο της περιοχής κάλυψης) το οποίο παίρνει τιμές από 0 έως X-dB εύρους δέσμης (απόσταση παρεμβολέα και κέντρου δέσμης σημείου). Επίσης οι παρεμβολείς κατανέμονται και γωνιακά κατά φ, από 0 έως 360 μοίρες. Για το χειρότερο σενάριο, ο παρεμβολέας τοποθετείται σε σημείο μέσα στην κυψέλη, στο οποίο ο γωνιακός διαχωρισμός μεταξύ αυτού και του χρήστη της κυψέλης κέντρου είναι τέτοιος ώστε το σχετικό διάγραμμα ακτινοβολίας να είναι το μέγιστο από την κυψέλη του παρεμβολέα. Στις περισσότερες περιπτώσεις, όσο πιο κοντά είναι ο παρεμβολέας στο κέντρο κυψέλης του χρήστη, τόσο περισσότερο μπορεί να συνεισφέρει στην ισχύ παρεμβολής καθώς η σχετική τιμή του διαγράμματος κεραίας του χρήστη κυψέλης δέσμης σημείου είναι πιο κοντά στο διάγραμμα του κύριου λοβού. Το ακριβώς αντίθετο συμβαίνει στην καλύτερη περίπτωση, όπου θεωρείται πως οι γωνίες των παρεμβολέων είναι κοντά ή πάνω σε μηδενισμούς του διαγράμματος κεραίας του χρήστη. Η κατανομή των κυψελών στο γωνιακό επίπεδο, αν και απλή, απαιτεί τους παρεμβολείς και τον χρήστη του σταθμού βάσης να ορίζονται ή να τοποθετούνται με βάση το γωνιακό χάρτη κάλυψης περιοχής. Οι παρεμβολείς ορίζονται, στο πρόγραμμα, σε γωνίες του γωνιακού χώρου κάλυψης ενώ ο χρήστης με τον τρόπο που ήδη έχουμε αναφέρει. Έτσι, το πρόγραμμα χαρτογραφεί τον χρήστη και οι παρεμβολείς βρίσκονται στο επίπεδο της Γης και σε διαφορετικές αποστάσεις από τον δορυφόρο και πρέπει οι

14 γωνιακές τους θέσεις να αντιστοιχιστούν στην επιφάνειας της Γης. Όλα τα παραπάνω υλοποιούνται με την χρήση δορυφοροκεντρικού συστήματος συντεταγμένων, χρησιμοποιώντας κάποιες εύχρηστες δυνατότητες του συστήματος, κάνοντας έναν μετασχηματισμό συντεταγμένων από το το γεωκεντρικό στο δορυφοροκεντρικό σύστημα καθώς και μια σχέση αντιστοίχισης από το γωνιακό επίπεδο κάλυψης επιφάνειας στο δορυφοροκεντρικό σύστημα. Το σχήμα 2.5 παρουσιάσει τα δύο συστήματα. Στο γεωκεντρικό σύστημα, ο θετικός άξονας y δείχνει στην κατεύθυνση που είναι το γεωγραφικό μήκος της επιφάνειας της Γης (90 μοίρες Ανατολικά) και ο θετικός άξονας x εκεί που το γεωγραφικό μήκος της Γης είναι (0 μοίρες), οπότε το επίπεδο x-y αντιστοιχίζεται στο ισημερινό επίπεδο με τον θετικό άξονα z να δείχνει την κατεύθυνση του διανύσματος γραμμής από τον δορυφόρο προς το κέντρο κάλυψης στην επιφάνεια της Γης. Για ευκολία και απλότητα, ο y' άξονας θεωρείται χωρίς x-κομμάτι (στο γεωκεντρικό σύστημα) και το προϊόν διασταύρωσης των 2 αυτών αξόνων παράγει το μοναδιαίο διάνυσμα του x' άξονα.

15 Οι εξισώσεις που ορίζουν τους άξονες του δορυφοροκεντρικού συστήματος είναι:

16 Step 3 Χρησιμοποιώντας τις γωνίες των παρεμβολέων με την κατευθυντική κεραία του χρήστη κυψέλης και τις αποστάσεις τους από τον δορυφόρο, τις σχετικές τιμές διαγράμματος των παρεμβολέων και τις απώλειες διαδρομών τους μπορούμε να υπολογίσουμε τις ισχείς παρεμβολής για τις 3 περιπτώσεις που δίνονται από την σχέση:. Υπολογισμός Συνκαναλικής Παρεμβολής στο Downlink Σκοπός είναι να υπολογίσουμε την παρεμβολή στον σταθμό βάσης του αποδέκτη από τις downlink συνκαναλικές δέσμες ακτίνων σημείων που χρησιμοποιούν την ίδια ακριβώς συχνότητα με τον χρήστη που μας ενδιαφέρει. Η διαδικασία που ακολουθείται είναι η ίδια με την διαφορά πως δεν υπάρχουν σενάρια καθώς οι παρεμβολείς είναι στατικές κατευθυντικές κεραίες συνκαναλικής φύσης και η απόσταση μεταξύ παρεμβαλόντων πηγών και του χρήστη είναι η ίδια με την απόσταση μεταξύ δορυφόρου και χρήστη σταθμού βάσης ή κινητού δέκτη. Δίνονται από την σχέση:

17 LEO Interference Case with Reuse Numbers 3, 4, and 7 Στο κομμάτι αυτό θα ασχοληθούμε με την επίδραση του αριθμού επαναχρησιμοποίησης, των πλευρικών λοβών του διαγράμματος της κεραίας και έναν αριθμό από τα επίπεδα της γειτονικής συνκαναλικής παρεμβολής για ένα Low Earth Orbit δορυφορικό σύστημα. Στο πίνακα 3.1 φαίνονται οι παράμετροι εισαγωγής του συστήματος όπως θα τις διάβαζε το Matlab. Για απλότητα και ευκολία μελετάτε μόνο η περίπτωση κατά την οποία ο πομπός και ο δέκτης του uplink βρίσκονται κοντά στα όρια της κυψέλης όπου οι απώλειες είναι περί τα 3dΒ μεταξύ τους Αποτελέσματα Προσομοίωσης Το πρόγραμμα παρέχει την δυνατότητα να τοποθετήσουμε τους uplink και downlink χρήστες στο ίδιο κελί (cell), αλλά καθαρά για λόγους ευκολίας επιλέγουμε να τοποθετηθούν σε αντίθετες πλευρές του χώρου κάλυψης (footprint) της κεραίας. Το κέντρο της περιοχής κάλυψης δεν θεωρείται το ίδιο με το sub-satellite σημείο αλλά για το LEO θεωρείται σταθερό μόνο για μια χρονική στιγμή και ενδέχεται να μεταβάλλεται. Οι τιμές του πίνακα 3.2 δίνουν το γεωγραφικό μήκος και πλάτος για το sub-satellite point και το κέντρο κάλυψης σε μια μελέτη της Αμερικής, όπου φαίνεται και η απόκλιση μεταξύ τους.

18 Στους πίνακες 3.3 με 3.5 καθορίζονται τα 3 Excel αρχεία όπως τα έχουμε αναφέρει από πριν.

19 Οι θέσεις των χρηστών uplink και downlink επιλέχθηκαν να είναι σε γειτονικά (adjacent) κελιά του κέντρου της περιοχής κάλυψης, όπως φαίνεται και από το σχήμα 3.1, το οποίο δείχνει την κατανομή των συνκαναλικών κατευθυντικών κεραιών του uplink και του downlink καθώς και τις γωνιακές θέσεις των παρεμβολέων.

20 Όπως έχουμε ήδη αναφέρει, στην περίπτωση του uplink, ο κώδικας βρίσκει την χειρότερη, την καλύτερη και τυχαίες θέσεις παρεμβολέων. Οι γωνίες των παρεμβολέων αυτών με τον χρήστη της κυψέλης φαίνονται στο σχήμα 3.1, ενώ στο επόμενο σχήμα σημειώνονται η κατανομή ισχύος για μια κανονικοποιημένη κεραία στο uplink και το downlink.

21 Ο πίνακας 3.6 δείχνει τις τιμές του CNIR για τις 3 περιπτώσεις του uplink όταν τα επίπεδα των πλευρικών λοβών της κεραίας, τόσο του uplink όσο και του downlink είναι -17.6dB, το οποίο αντιστοιχεί σε συνάρτηση ομοιόμορφου φωτισμού. Για να φανεί η μεταβολή του CIR και του CNIR, εξαιτίας των επιπέδων των πλευρικών λοβών, στον πίνακα 3.7 δίνονται τα αποτελέσματα προσομοίωσης για τυχαία τοποθετημένους παρεμβολείς για διάφορα επίπεδα πλευρικών λοβών και επίσης για διαφορετικά γειτονικά επίπεδα συνκαναλικής παρεμβολής.

22

23 GEO Interference Case with Reuse Numbers 3, 7, and 13 Στο κομμάτι αυτό θα κάνουμε μια ανάλογη αντιστοιχία όπως και στην περίπτωση του LEO αλλά θα δούμε αυτή την φορά τι συμβαίνει στην περίπτωση που ο δορυφόρος μας βρίσκεται σε γεωσύχρονη τροχιά είναι δηλαδή GEO. Οι παράμετροι εισαγωγής που επιλέχθηκαν για αυτήν την περίπτωση αναφέρονται σε ένα FCC εφαρμογή ενός GEO δορυφορικού σταθμού, ο οποίος βρίσκεται σε 63.5W μοίρες και φαίνονται στον πίνακα 4.1. Ισχύουν και στην περίπτωση αυτή οι απλοποιήσεις που δεχθήκαμε και για τον LEO δορυφορικό σταθμό γιαυτό και δεν θα ξανά αναφερθούμε σε όλα τα τμήματα. Οι πίνακες που ακολουθούν, , είναι κατά αντιστοιχία με το LEO σύστημα και παρατίθενται στην συνέχεια, με την διαφορά πως το σύστημα GEO αναφέρεται στην κάλυψη της Αμερικής και χρησιμοποιεί 127 κατευθυντικές κεραίες με την περιοχή κάλυψης να είναι εξαγωνική, ενώ ο αριθμός των spot beams θα μπορούσε να φτάσει και την τιμή 217 για το συγκεκριμένο GEO σύστημα.

24

25

26

27

28

29 Συμπεράσματα Το ποσοστό της παρεμβολής στο uplink των τυχαίως κατανεμημένων παρεμβολέων είναι πιο κοντά στις τιμές της χειρότερης περίπτωσης από οτι στης καλύτερης. Καθώς αυξάνει ο αριθμός επαναχρησιμοποίησης συχνοτήτων(reuse Number), μειώνεται η συνκαναλική παρεμβολή και αυξάνεται το CIR. Καθώς μειώνονται τα επίπεδα των πλευρικών λοβών της δορυφορικής κεραίας, μειώνεται η συνκαναλική παρεμβολή και αυξάνεται το CIR. Η πιο γειτονική κυψέλη συνκαναλικής παρεμβολής συμβάλει τα μέγιστα στην συνολική ισχύς παρεμβολής στον αποδέκτη. Στα GEΟ το μέγεθος της κεραίας είναι μεγαλύτερο, για να έχει αυξημένο κέρδος, στενότερο beamwidth και περισσότερα spot beams στην περιοχή κάλυψης σε σχέση με τα MEO και LEO συστήματα. Αυτό έχει ως συνέπεια ο αριθμός των συνκαναλικών παρεμβολέων να είναι φυσικά υψηλότερος. Η συνκαναλική παρεμβολή εξαρτάται κυρίως από το διάγραμμα της κεραίας, των αριθμό επαναχρησιμοποίησης (Reuse), και των αριθμό των spot beams παρά από το ύψος της τροχιάς του δορυφόρου. Περιορισμοί-Μέλλον Χρησιμοποιείται μόνο ένας δορυφόρος για την ανάλυση Οι κατανομές των κεραιών δεν δύναται να εισαχθούν στο input file Η μονή τιμή της κατανομής της κεραίας είναι οι τιμές taper Ο χάρτης της περιοχής κάλυψης μπορεί να είναι μόνο εξαγωνικός Οι κατανομές των κεραιών δεν μεταβάλλονται με την γωνία, όπως θα έπρεπε, αλλά είναι οι ίδιες για όλα τα spot beams Η Γη θεωρείται πως είναι σφαιροειδής και όχι ελλειπτική με αποτέλεσμα να υπάρχει ένα εσωτερικό σφάλμα κατά την μετατροπή από γεωγραφικό μήκος και πλάτος στο σύστημα xyz Το πρόγραμμα χρησιμοποιεί μόνο τεχνικές FDMA/ TDMA αλλά όχι το πολλά υποσχόμενο CDMA Χρησιμοποιώντας FEC κωδικοποίηση και OBP μεθόδους μπορούμε να βελτιώσουμε την επίδοση του συστήματος. Ένας άλλος τρόπος είναι να εξασφαλίσουμε πως οι μηδενισμοί του διαγράμματος ακτινοβολίας της κεραίας του δορυφόρου συμπίπτουν με τα πρώτα επίπεδα spot beams συνκαναλικής παρεμβολής.