Δορυφορικές Επικοινωνίες

Transcript

1 Δορυφορικές Επικοινωνίες Διάλεξη #6 Σχεδίαση Δορυφορικών Ζεύξεων - 2 Διδάσκων: Αθανάσιος Κανάτας Καθηγητής Πανεπιστηµίου Πειραιώς Περιεχόμενα Διάλεξης #6 Στόχοι Σχεδίασης και Κριτήρια Ποιότητας Επίδραση Βροχής και Περιθώρια Ασφάλειας Παραδείγματα Υπολογισμών Link Budget με και χωρίς βροχή Ενισχυτές, Γραμμική Περιοχή Λειτουργίας και Αναδίπλωση Ισχύος Συνολικός Σηματοθορυβικός Λόγος Βήματα Σχεδίασης Ζεύξεων

2 Πως σχεδιάζω τις ζεύξεις; Στόχοι-Κριτήρια Σχεδίασης Η σχεδίαση οποιασδήποτε δορυφορικής επικοινωνίας βασίζεται σε δύο στόχους την ικανοποίηση ενός ελάχιστου C/N για ένα καθορισμένο ποσοστό χρόνου και τη μεταφορά της μέγιστης τηλεπικοινωνιακής κίνησης με ελάχιστο κόστος. Τα κριτήρια-στόχοι ποιότητας που χρησιμοποιούνται συνήθως είναι Διαθεσιμότητα (Availability): Το ποσοστό του χρόνου που το σύστημα είναι λειτουργικό. Επίδοση Σφαλμάτων (Error Performance): Ρυθμός Σφαλμάτων για το χρονικό διάστημα που το σύστημα είναι διαθέσιμο.

3 Στόχοι-Κριτήρια Σχεδίασης Λόγω της στοχαστικής φύσης του μέσου μετάδοσης, η επίδοση μπορεί να περιγραφεί μόνο με την πιθανότητα να ικανοποιούνται συγκεκριμένες τιμές για τα δύο κριτήρια ποιότητας, ή ισοδύναμα με το ποσοστό του χρόνου για το οποίο οι τιμές ικανοποιούνται. Τα κριτήρια συνδέονται με τιμές κατωφλίου (S/N για αναλογική μετάδοση ή BER για ψηφιακή). Αν η ποιότητα της ζεύξης βρίσκεται κάτω από την τιμή κατωφλίου για ένα χρονικό διάστημα, τότε η ζεύξη δεν παρέχει την απαιτούμενη επίδοση σφαλμάτων ή δεν είναι πλέον διαθέσιμη. Παράδειγμα Σύστασης για Επίδοση Σφαλμάτων Ψηφιακή (PCM) Εκπομπή Τηλεφωνικών Σημάτων Σύσταση ITU-R S.522 : Ο ρυθμός σφαλμάτων bit (BER) δεν πρέπει να υπερβαίνει : 10-6, σαν μέση τιμή για δέκα λεπτά, για περισσότερο από το 20% οποιουδήποτε μήνα 10-4, σαν μέση τιμή για ένα λεπτό, για περισσότερο από το 0.3% οποιουδήποτε μήνα 10-3, σαν μέση τιμή για ένα δευτερόλεπτο, για περισσότερο από το 0.05% οποιουδήποτε μήνα

4 Επιδράσεις Μέσου Μετάδοσης Σε Η/Μ κύματα συχνότητας 1GHz-30GHz οι σημαντικές επιπτώσεις στη διάδοση προέρχονται από δύο περιοχές της ατμόσφαιρας Τροπόσφαιρα (έδαφος 15Km), κυρίως κοντά στο έδαφος Ιονόσφαιρα (70Km 1000Km), κυρίως κοντά στα 400Km. Τα σημαντικότερα φαινόμενα είναι της απορρόφησης και της αποπόλωσης και τα δύο λόγω ατμοσφαιρικών κατακρημνίσεων (βροχή και χιόνι) και είναι έντονα για συχνότητες πάνω από 10GHz. Οι ατμοσφαιρικές κατακρημνίσεις χαρακτηρίζονται από το ποσοστό του χρόνου κατά το οποίο ξεπερνούν ένα δεδομένο επίπεδο έντασης. Ατμοσφαιρικές Κατακρημνίσεις Συνθήκες Καθαρού Ουρανού : Μικρές εντάσεις των κατακρημνίσεων, και άρα με αμελητέα επίδραση, αντιστοιχούν σε μεγάλα ποσοστά του χρόνου. Συνθήκες Βροχής : Μεγάλες εντάσεις με σημαντική επίδραση στη μετάδοση των ραδιοκυμάτων, αντιστοιχούν σε μικρά ποσοστά χρόνου (συνήθως 0.01%). Η διαθεσιμότητα μιας ραδιοζεύξης εξαρτάται από τα στατιστικά δεδομένα της χρονικής διάρκειας των κατακρημνίσεων.

5 Επιδράσεις Βροχής Στη ζώνη 6/4 GHz η επίδραση της βροχής στη ζεύξη είναι μικρή. Στη ζώνη 14/11 GHz (Ku), και ακόμα περισσότερο στη ζώνη 30/20 GHz (Ka), η εξασθένηση λόγω βροχής γίνεται πολύ σημαντική. Οι δορυφορικές ζεύξεις σχεδιάζονται να επιτυγχάνουν αξιοπιστία από 99,5 ως 99,99%, (ως μέση τιμή στη διάρκεια τυπικά ενός έτους). Άρα ο λόγος C/N στο δέκτη θα μειωθεί κάτω από την ελάχιστη επιτρεπόμενη τιμή για τη σωστή λειτουργία της ζεύξης για ποσοστό μεταξύ του 0,5 και 0,01% του καθορισμένου χρόνου. Η ζεύξη λέγεται τότε ότι υφίσταται μια διακοπή (outage). Επιδράσεις Βροχής Οι ζεύξεις στη ζώνη C μπορούν να σχεδιαστούν για αξιοπιστία 99, 99% επειδή η εξασθένηση λόγω βροχής σπάνια υπερβαίνει τα 1-2 db. Ο χρόνος που αντιστοιχεί στο 0,01% ενός έτους είναι min. Στο 0,01% οι στατιστικές της εξασθένησης λόγω βροχής συνήθως δεν είναι σταθερές και από χρόνο σε χρόνο σημειώνονται μεγάλες διακυμάνσεις. Μια ζεύξη σχεδιασμένη να έχει διακοπές με σύνολο 52 min κάθε έτος μπορεί άνετα να έχει διακοπές αρκετών ωρών ένα έτος και καμία διακοπή το επόμενο. Οι περισσότερες ζεύξεις στη ζώνη Ka δεν μπορούν να σχεδιαστούν για 99, 99% αξιοπιστία επειδή η εξασθένηση λόγω βροχής γενικά υπερβαίνει τα 10 db, και συχνά τα 20 db, για 0,01% του χρόνου. Χρόνοι διακοπών από 0,1 έως 0.5% ενός έτους (8 έως 40 ώρες) συνήθως είναι ανεκτοί στη ζώνη Ka.

6 Επιδράσεις Βροχής Η βροχή επιδεινώνει και τις δύο ζεύξεις (άνω και κάτω), όχι με τον ίδιο όμως τρόπο Η θερμοκρασία θορύβου δέκτη του αναμεταδότη δεν αλλάζει σημαντικά όταν υπάρχει βροχή στη διαδρομή της άνω ζεύξης προς το δορυφόρο. Η δέσμη της κεραίας λήψης του δορυφόρου είναι πάντα αρκετά ευρεία ώστε να βλέπει μια μεγάλη επιφάνεια της (θερμής) επιφάνειας της γης και οι τοπικές μεταβολές της θερμοκρασίας θορύβου είναι ασήμαντες. C N o C N o Urain Drain = C = C Uclearsky Dclearsky Δ G T = G T G T clearsky A RAIN ( dbhz) A RAIN Δ G T rain ( dbhz) Η θερμοκρασία θορύβου συστήματος για τους αναμεταδότες σε έναν δορυφόρο GEO είναι στην περιοχή 400 μέχρι 500 Κ. Περιθώριο Ασφάλειας Πολλές φορές λόγω της βροχής πρέπει να συμπεριλαμβάνουμε ένα περιθώριο ασφάλειας στους υπολογισμούς, ώστε ο σηματοθορυβικός λόγος στην άνω και στην κάτω ζεύξη να υπερβαίνει μια τιμή κατωφλίου, δηλαδή Margin = C C clearsky = C C clearsky required Το περιθώριο αυτό σημαίνει αύξηση της εκπεμπόμενης ισχύος. Αν αυτή η λύση δεν είναι εφικτή, τότε είτε χρησιμοποιείται επίγειος σταθμός σε άλλη τοποθεσία, είτε μεταβάλλονται τα χαρακτηριστικά της ζεύξης για όσο διάστημα διαρκεί το φαινόμενο που υποβαθμίζει τη ζεύξη. rain ( db)

7 Σχεδίαση στις Χειρότερες Συνθήκες Οι προϋπολογισμοί ζεύξης γίνονται συνήθως για τη χειρότερη περίπτωση, αυτή στην οποία η ζεύξη θα έχει το χαμηλότερο λόγο C/N. Παράγοντες που συμβάλλουν: επίγειος σταθμός που βρίσκεται στο άκρο της ζώνης κάλυψης του δορυφόρου όπου το λαμβανόμενο σήμα είναι τυπικά 3 db χαμηλότερα από ότι στο κέντρο της ζώνης λόγω του διαγράμματος ακτινοβολίας της κεραίας του δορυφόρου, μέγιστο μήκος διαδρομής από το δορυφόρο προς τον επίγειο σταθμό, μια χαμηλή γωνία ανύψωσης στον επίγειο σταθμό που δίνει την υψηλότερη ατμοσφαιρική εξασθένηση διαδρομής σε καθαρό αέρα, και τη μέγιστη εξασθένηση λόγω βροχής στη ζεύξη που προκαλεί απώλεια ισχύος του λαμβανόμενου σήματος και μια αύξηση στη θερμοκρασία θορύβου του συστήματος λήψης. Κριτήρια Ποιότητας Καμπύλη BER vs. C/N o για modem με FEC και όλες τις απώλειες υλοποίησης υπολογισμένες. Περίπτωση ψηφιακής μετάδοσης τηλεφωνικού ISDN κυκλώματος 64 kbps, δηλ. την S.579 για τη διαθεσιμότητα και την S.614 για την επίδοση σφαλμάτων.

8 Κριτήρια Ποιότητας Για την ικανοποίηση της προδιαγραφής που απαιτεί BER < 10-3 για τουλάχιστο το 99.8% του χειρότερου μήνα, πρέπει να θεωρήσουμε ένα περιθώριο P 1 που αντιστοιχεί σε σηματοθορυβικό λόγο (C/N o ) 1. Κριτήρια Ποιότητας Για ικανοποίηση BER < 10-6 για τουλάχιστον το 98% του χειρότερου μήνα, θεωρούμε ένα περιθώριο P2 ή P3 ανάλογα με τα τοπικά χαρακτηριστικά της ζεύξης. Ο C/N ο που αντιστοιχεί στο P1 είναι μεγαλύτερος από εκείνον στο P3 και άρα η ποιότητα της ζεύξης καθορίζεται από την προδιαγραφή διαθεσιμότητας. Ο C/N ο που αντιστοιχεί στο P2 είναι μεγαλύτερος από εκείνον στο P1 και άρα η ποιότητα της ζεύξης καθορίζεται από την προδιαγραφή επίδοσης σφαλμάτων.

9 Παράδειγμα Σχεδίασης ζεύξης DL Παράδειγμα Υπολογισμού στο DL Κάτω ζεύξη στη ζώνη C ( GHz) για μια παγκόσμια δέσμη σε έναν δορυφόρο GEO και μια κεραία ES 9 m.

10 Παράδειγμα Υπολογισμού στο DL Υπάρχουν 24 αναμεταδότες εύρους 36MHz ο καθένας (σύνολο 864MHz). Ο δορυφόρος παρέχει κάλυψη του ορατού τμήματος της γης, που υποτείνει μια γωνία περίπου 17.4 ο, χρησιμοποιώντας μια κεραία παγκόσμιας κάλυψης. Εύρος δέσμης και κέρδος της κεραίας συνδέονται [3 db εύρος δέσμης κέρδος επί του άξονα της κεραίας παγκόσμιας κάλυψης είναι περίπου 20 db. ], το Για έναν επίγειο σταθμό στην άκρη της ζώνης κάλυψης του δορυφόρου το ενεργό κέρδος της κεραίας είναι 3dB χαμηλότερο,17 db. Παράδειγμα Υπολογισμού στο DL Το εκπεμπόμενο σήμα είναι ένα απλό αναλογικό κανάλι FM-TV εύρους ζώνης 30 MHz. Ακολουθώντας την κοινή πρακτική για μετάδοση αναλογικής τηλεόρασης, το εύρος ζώνης θορύβου του δέκτη είναι ορισμένο στα 27 MHz, ελάχιστα λιγότερο από το 30-MHz εύρος ζώνης του σήματος FM-TV. Ο λόγος G/T για αυτόν τον επίγειο σταθμό είναι G/T = log = 30.9 dbk 1. Το μέγιστο μήκος διαδρομής για δορυφόρο GEO είναι km, που δίνει απώλεια διαδρομής db στα 4 GHz (λ = m). Πρέπει να συνυπολογίσουμε κάποιες απώλειες που αναπόφευκτα θα προκύψουν στη ζεύξη. Στη ζώνη C, η κεκλιμένη διαδρομή μέσω της ατμόσφαιρας θα υποστεί εξασθένηση 0.2 db σε καθαρό αέρα. Θα προβλέψουμε ένα περιθώριο 0.5 db στη σχεδίαση της ζεύξης για την κακή σκόπευση της κεραίας, και τη διαφορά στην πόλωση.

11 Παράδειγμα Υπολογισμού στο DL Παράδειγμα Υπολογισμού με Βροχή Η βροχή στην κεκλιμένη διαδρομή μπορεί να προκαλέσει μέχρι 1 db εξασθένησης στα 4 GHz. Χρησιμοποιώντας το μοντέλο θορύβου εξόδου με μια μέση θερμοκρασία 273 Κ, και μια συνολική απώλεια διαδρομής για καθαρό αέρα συν τη βροχή 1.2 db (αναλογία 1.32), η θερμοκρασία θορύβου ουρανού σε συνθήκες βροχής είναι T sky = 273 (1 1/1.32) = 66 K Σε συνθήκες καθαρού αέρα η θερμοκρασία θορύβου ουρανού είναι περίπου 13 K, δηλαδή το αποτέλεσμα των 0.2 db εξασθένησης σε καθαρό αέρα. Άρα η θερμοκρασία θορύβου του συστήματος λήψης έχει αυξηθεί κατά (66 13) K = 53 K σε K = 128 K με 1 db εξασθένησης λόγω βροχής στην κεκλιμένη διαδρομή, από μια τιμή 75 K σε συνθήκες καθαρού αέρα. Αυτό είναι μια αύξηση 2.3 db στη θερμοκρασία θορύβου του συστήματος. (10log log = 2.3). Ο λόγος C/N σε συνθήκες βροχής έχει ένα περιθώριο 3.2 db σε σύγκριση με τον ελάχιστο επιτρεπόμενο λόγο C/N 9.5 db για μια αναλογική μετάδοση FM-TV.

12 Παράδειγμα Link Budget Προϋπολογισμός κάτω ζεύξης στη ζώνη C σε συνθήκες βροχής P rca = Λαμβανόμενη ισχύς στον ES σε καθαρό αέρα A = Εξασθένηση λόγω βροχής P rain = Λαμβανόμενη ισχύς στον ES με βροχή N ca = Ισχύς θορύβου δέκτη σε καθαρό αέρα ΔN rain = Αύξηση στη θερμοκρασία θορύβου λόγω βροχής N rain = Ισχύς θορύβου δέκτη με βροχή dbw -1 db dbw dbw 2.3 db dbw Λόγος C/N στο δέκτη σε συνθήκες βροχής C/N = P rain N rain = dbw ( dbw) 12.7 db Παράδειγμα Υπολογισμού με Βροχή Το περιθώριο στο C/N θα μεταφραστεί σε έναν υψηλότερο, από όσο απαιτείται, λόγο S/N στο σήμα βασικής ζώνης TV, και μπορεί να ανταλλαχθεί με το κέρδος κεραίας του επίγειου σταθμού για να επιτραπεί η χρήση μικρότερης κεραίας. Θα πρέπει πάντα να αφήνουμε ένα μικρό περιθώριο για απρόοπτες απώλειες αν θέλουμε να διασφαλίσουμε ένα ορισμένο επίπεδο αξιοπιστίας στη ζεύξη. Κρατάμε ένα περιθώριο 2 db και θα εξετάσουμε πώς το υπόλοιπο 1.2 db μπορεί να αντισταθμιστεί με άλλες παραμέτρους. Μια μείωση 1.2 db (ή 1.32) στο κέρδος κεραίας του ES μπορεί να αντιστοιχεί σε μείωση της διαμέτρου της κεραίας κατά έναν συντελεστή sqrt(1.32) = 1.15, από τα 9 m στα 7.8 m. Αν εκπέμψουμε σήμα QPSK αντί FM, τότε χρησιμοποιώντας στο δέκτη BW θορύβου 27 MHz, θα μπορούσαμε να εκπέμψουμε ένα ψηφιακό σήμα στα 54 Mbps, αλλά θα χρειαζόμασταν έναν ελάχιστο λόγο C/N 14.6 db στο δέκτη, επιτρέποντας ένα περιθώριο υλοποίησης 1dB και ελάχιστο BER 10 6.

13 Παράδειγμα Υπολογισμού με Βροχή Το περιθώριο θα ήταν 1.9 db σε συνθήκες δυνατής βροχής, κι έτσι θα έπρεπε να αυξήσουμε τη διάμετρο της κεραίας του επίγειου σταθμού κατά έναν συντελεστή 1.55 στα 13.9 m για να παρασχεθεί ένας λόγος C/N 14.6 db σε συνθήκες δυνατής βροχής. Όμως ένα ψηφιακό σήμα 54 Mbps θα μπορούσε να μεταφέρει επτά ψηφιακά σήματα TV χρησιμοποιώντας τη συμπίεση MPEG-2, μια πολύ πιο ελκυστική πρόταση από τη μεταφορά ενός μονού αναλογικού σήματος FM-TV, αν και με αντίτιμο μια μεγαλύτερη κεραία επίγειου σταθμού. Οι κεραίες παγκόσμιας κάλυψης δεν χρησιμοποιούνται ευρέως. Για τη διανομή τηλεοπτικών σημάτων στη ζώνη C είναι πιθανότερο να χρησιμοποιηθεί μια κεραία περιφερειακής κάλυψης, που εξυπηρετεί π.χ. τις ΗΠA, με δέσμη 6 ο επί 3 ο. Παράδειγμα Υπολογισμού με Βροχή Το κέρδος μιας τυπικής δορυφορικής κεραίας που παρέχει κάλυψη των 48 όμορων πολιτειών είναι 32.0 db επί του άξονα (G = /θ1 θ2), το οποίο είναι 12.0 db υψηλότερο από το κέρδος μιας παγκόσμιας δέσμης. Μπορούμε να ανταλλάξουμε το πρόσθετο κέρδος των 12 db μιας δορυφορικής κεραίας περιφερειακής κάλυψης με μια μείωση στις διαστάσεις κεραίας του επίγειου σταθμού. Για το παράδειγμα μιας κεραίας 9.0 m που λαμβάνει αναλογική FM-TV, θα μπορούσαμε να μειώσουμε τη διάμετρο της κεραίας κατά έναν συντελεστή 4 στα 2.25 m. Αυτό είναι το μικρότερο μέγεθος κεραίας που χρησιμοποιείται από οικιακά συστήματα δορυφορικής τηλεόρασης που λειτουργούν στη ζώνη C.

14 Παράδειγμα Σχεδίασης ζεύξης DBS-TV Παράδειγμα Υπολογισμού DBS-TV Η ζώνη από 12.2 μέχρι 12.7 GHz αποδόθηκε για αποκλειστική χρήση από GEO δορυφόρους DBS-TV ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν υψηλής ισχύος αναμεταδότες. Οι τυπικές στάθμες εξόδου αναμεταδότη είναι από 100 έως 200 W με πυκνότητα ροής στην επιφάνεια της γης ως 100 dbw/m 2. Οι δορυφόροι μπορούν να μεταφέρουν 16 αναμεταδότες, με μια τυπική συνολική εκπεμπόμενη RF ισχύ 2.6 kw. Η πυκνότητα στην επιφάνεια της γης που παράγεται από έναν αναμεταδότη DBS-TV 160 W είναι τυπικά στην περιοχή από 105 μέχρι 115 dbw/m 2, το οποίο δίνει δυνατότητα χρήσης μικρών κεραιών λήψης (παραβολικές κεραίες) για λήψη DBS-TV, με διαμέτρους στην περιοχή m. Η υψηλή πυκνότητα ροής από ισχυρούς αναμεταδότες καθιστά αδύνατη την κοινή χρήση των ζωνών συχνοτήτων της DBS-TV, κι έτσι η 12-GHz ζώνη DBS, γνωστή ως ζώνη Broadcast Satellite Service, BSS, διατίθεται αποκλειστικά για τηλεοπτική μετάδοση.

15 Παράδειγμα Υπολογισμού DBS-TV Η μικρή οικιακή κεραία λήψης έχει μια ευρεία δέσμη, τυπικά 4 ο για μια παραβολική κεραία 0.45 m, το οποίο επιβάλλει μια αραιή τοποθέτηση των δορυφόρων DBS-TV για την αποφυγή παρεμβολών από σήματα από κοντινούς δορυφόρους DBS-TV. Στις Ηνωμένες Πολιτείες έχει υιοθετηθεί μια απόσταση 9 ο στο τόξο της τροχιάς GEO, η οποία περιορίζει τον αριθμό δορυφόρων DBS-TV που μπορούν να τοποθετηθούν σε γεωστατική τροχιά για να εξυπηρετήσουν τις Ηνωμένες Πολιτείες. Το DBS-TV πρέπει να παρέχει μια λαμβανόμενη ισχύ στη μικρή κεραία λήψης που να έχει ένα ικανοποιητικό περιθώριο C/N σε συνθήκες καθαρού ουρανού. Η δυνατή βροχή προκαλεί εξασθένηση που υπερβαίνει το περιθώριο ζεύξης, κι έτσι θα υπάρξουν περιστασιακές διακοπές. Τα περιθώρια C/N που χρησιμοποιούνται στα συστήματα DBS-TV είναι συνήθως αρκετά μικρά για να αποφεύγεται η ανάγκη για μια μεγάλη κεραία λήψης. Παράδειγμα Υπολογισμού DBS-TV Τυπικά σχέδια με κεραίες λήψης στην περιοχή από 0.5 έως 0.75 m και δορυφορικούς αναμεταδότες W δίνουν περιθώρια εξασθένησης λόγω βροχής 3 ως 8 db ανάλογα με τη θέση του τερματικού λήψης μέσα στην περιοχή κάλυψης της δορυφορικής κεραίας, και χρόνους διακοπών που φτάνουν στο σύνολο από 10 έως 40 ώρες ετησίως. Η DIRECTV προσφέρει μια μέση ετήσια διαθεσιμότητα που υπερβαίνει το 99.7%, το οποίο αντιστοιχεί σε χρόνο διακοπής 0.3% του έτους, ή 25 ώρες. Για μεγάλο μέρος των ΗΠΑ, αυτό αντιστοιχεί σε περιθώριο ζεύξης 5.7 db. Η τιμή κατωφλίου του C/N τίθεται στα 8.6 db, που αντιστοιχεί σε ένα σύστημα που χρησιμοποιεί QPSK με ένα περιθώριο υλοποίησης 0.8 db, πρόσω διόρθωση σφαλμάτων μισού ρυθμού (FEC 1/2) που παράγει 6 db κέρδος κωδικοποίησης, και ένα μέγιστο BER 10-5.

16 Παράδειγμα Υπολογισμού DBS-TV Τα IF φίλτρα στο δέκτη πρέπει να σχεδιαστούν για να ταιριάζουν με το ρυθμό συμβόλων του εκπεμπόμενου σήματος, και να προσεγγίζουν μια συνάρτηση μεταφοράς ρίζας ανυψωμένου συνημιτόνου (root raised cosine, RRC). Το BW θορύβου όλων των RRC φίλτρων είναι πάντα ίσο με το ρυθμό συμβόλων της ψηφιακής μετάδοσης. Στο DBS-TV θεωρούμε ένα σήμα QPSK με ρυθμό συμβόλων 20 Msps, δηλαδή ένα BW θορύβου δέκτη 20 MHz. Η 20 Msps QPSK εκπομπή δίνει ένα ρυθμό bit 40 Mbps, αλλά η κωδικοποίηση FEC μισού ρυθμού μειώνει το ρυθμό δεδομένων σε 20 Mbps. Αυτή η ροή μπορεί να μεταφέρει τρία ζωντανά συμπιεσμένα ψηφιακά σήματα βίντεο χρησιμοποιώντας MPEG 2, ή μέχρι 10 προμαγνητοσκοπημένα και επεξεργασμένα βίντεο. Η θερμοκρασία θορύβου της κεραίας έχει τιμή 35 Κ σε συνθήκες καθαρού ουρανού, και χρησιμοποιείται ένας 12-GHz LNA με θερμοκρασία θορύβου 110 Κ. Το αποτέλεσμα είναι μια ισχύς θορύβου dbw που αναφέρεται στην είσοδο του LNA. Παράδειγμα Υπολογισμού DBS-TV

17 Παράδειγμα DBS-TV με Βροχή Αρχικά καθορίζεται η συνολική εξασθένηση διαδρομής, A σε db, που είναι το άθροισμα της εξασθένησης λόγω της απορρόφησης ατμοσφαιρικών αερίων, A ca και εκείνης λόγω βροχής, A rain. Η θερμοκρασία θορύβου ουρανού προκύπτει για μέση θερμοκρασία 270 K για τη βροχή T sky = 270 (1 10 A/10 ) K Η T A μπορεί να θεωρηθεί ότι είναι ίση με T sky, αν και στην πράξη δεν προσφέρεται στην έξοδο της κεραίας όλη η προσπίπτουσα ενέργεια θορύβου από τον ουρανό, και χρησιμοποιείται συχνά ένας συντελεστής σύζευξης, η c, από 90 έως 95%. Έτσι T A = η c T sky K Tο πρώτο στοιχείο στο μετωπικό άκρο του δέκτη είναι ένας LNA. Αυτό καθιστά αμελητέα τη συμβολή όλων των επόμενων στοιχείων του δέκτη στη θερμοκρασία θορύβου συστήματος. Άρα T s_rain = T LNA + T A K Παράδειγμα DBS-TV με Βροχή Η αύξηση στην ισχύ θορύβου, ΔNrain db, που προκαλείται από την αύξηση στη θερμοκρασία θορύβου ουρανού ΔN rain = 10log 10 [T s_rain /T s_ca ] db Η προκύπτουσα τιμή (C/N) dn_rain όταν η βροχή διασταυρώνεται με την κάτω ζεύξη δίνεται από τη σχέση (C/N) dn_rain = (C/N) dn_ca A rain ΔN rain db

18 Ζητήματα στην Άνω Ζεύξη Ζητήματα στην Άνω Ζεύξη Ο δορυφορικός αναμεταδότης είναι ένας σχεδόν γραμμικός ενισχυτής και η λαμβανόμενη στάθμη φέροντος καθορίζει τη στάθμη εξόδου. Όπου χρησιμοποιείται λυχνία οδεύοντος κύματος (TWTA) ως HPA εξόδου και χρησιμοποιείται FDMA, ο HPA πρέπει να λειτουργεί με προκαθορισμένη αναδίπλωση ισχύος (backoff) για την αποφυγή των προϊόντων ενδοδιαμόρφωσης στην έξοδο. Η αναδίπλωση ισχύος εξόδου είναι από 1 έως 3 db όταν στον αναμεταδότη φθάνουν περισσότερα από ένα σήματα, και καθορίζεται από την ισχύ φέροντος του UL που λαμβάνεται στο δορυφόρο. Όταν ένας πολύ μεγάλος αριθμός ES προσπελάζει έναν μεμονωμένο αναμεταδότη χρησιμοποιώντας FDMA, όπως σε μερικά δίκτυα VSAT, μπορεί να απαιτηθεί backoff κατά 5 έως 7 db για να διατηρηθούν τα προϊόντα ενδοδιαμόρφωσης σε χαμηλό επίπεδο. Ακόμη και με απλή πρόσβαση στον αναμεταδότη (δηλ., να υπάρχει μόνο ένα φέρον) κάποια αναδίπλωση ισχύος εφαρμόζεται κατά κανόνα για την αποφυγή της PM-AM μετατροπής που προκύπτει όταν διαμορφωμένα σήματα εκπέμπονται μέσω μη γραμμικών συσκευών.

19 Ζητήματα στην Άνω Ζεύξη Η ισχύς πομπού του ES ορίζεται από τη στάθμη ισχύος που απαιτείται στην είσοδο του αναμεταδότη. Οι πρώτοι δορυφόροι Intelsat ζώνης C απαιτούσαν υψηλές πυκνότητες ροής για τον κορεσμό των αναμεταδοτών τους, στην περιοχή 73.7 ως 67.5 dbw/m 2, ανάλογα με τη ρύθμιση κέρδους του αναμεταδότη. Στη ζώνη C, ένας τυπικός επίγειος σταθμός άνω ζεύξης εκπέμπει 100 W με μια κεραία 9 m, δίνοντας μια πυκνότητα ροής στο δορυφόρο 100 dbw/m 2. Αν και η πυκνότητα ροής στο δορυφόρο είναι βολικός τρόπος καθορισμού των απαιτήσεων της εκπεμπόμενης EIRP του ES, η ανάλυση του UL απαιτεί υπολογισμό της ισχύος στην είσοδο στον αναμεταδότη ώστε να βρεθεί ο C/N του UL. Έστω (C/N) up ο καθορισμένος λόγος στον αναμεταδότη, μετρούμενος σε ένα BW θορύβου B n Hz. Αυτό είναι το BW του ζωνοπερατού φίλτρου στην IF βαθμίδα του δέκτη του ES για τον οποίο προορίζεται το σήμα του UL. Ο (C/N) up θα υπολογιστεί στο BW του δέκτη, και όχι στο BW του αναμεταδότη. Μη-Γραμμική Λειτουργία Ενισχυτών Χαρακτηριστική Καμπύλη εισόδου-εξόδου του ενισχυτή: η καμπύλη που σχετίζει την ισχύ του σήματος εισόδου με την ισχύ του σήματος εξόδου. Μη-γραμμική λειτουργία: η τάση εξόδου δεν είναι ανάλογη της τάσης εισόδου. Η μη-γραμμική συμπεριφορά αφορά τόσο το πλάτος όσο και τη φάση. Η μη-γραμμικότητα μοντελοποιείται γράφοντας το στιγμιαίο πλάτος εξόδου σαν πολυωνυμική συνάρτηση του στιγμιαίου πλάτους του σήματος εισόδου. S o = as i + bs i 3 + cs i 5 +! Περιέχονται όροι μόνο περιττής τάξης γιατί οι όροι άρτιας τάξης δίνουν παράγωγα που αποκόπτονται εύκολα από φίλτρα (αρμονικές που απορρίπτονται).

20 Μη-Γραμμική Λειτουργία Ενισχυτών Για σήμα εισόδου S i = Asin( 2π f c t) 1 S 3 i = A 3 sin 3 ( 2π f c t) = A 3 4 3sin 2π f t c 1 S 5 i = A 5 sin 5 ( 2π f c t) = A sin 2π f t c 1 = asin( 2π f c t) + ba 3 ( ) sin( 2π 3 f c t) ( ) 5sin( 2π 3 f c t) + sin( 2π5 f c t) S o = as i + bs i 3 + cs i 5 +! 4 3sin 2π f t c 1 +ca sin 2π f t c ( ) sin( 2π 3 f c t) ( ) 5sin( 2π 3 f c t) + sin( 2π5 f c t) +! +! Μη-Γραμμική Λειτουργία Ενισχυτών Αν φιλτράρουμε το αποτέλεσμα αποκόπτοντας όρους μεγαλύτερους της 1ης τάξης 3 S o = aasin( 2π f c t) + ba 3 4 sin 2π f t 10 ( c ) + ca 5 16 sin ( 2π f t c ) +! Η ισχύς ενός ημιτόνου πλάτους A είναι: Α 2 /2 Άρα η ισχύς του σήματος εξόδου είναι 3 = aa + ba ca5 16 +! sin 2π f t c ( ) P o = 1 2 aa + 3 ba ca5 16 +! 2

21 Μη-Γραμμική Λειτουργία Ενισχυτών Η ισχύς του σήματος εισόδου είναι: P i = A 2 / 2 Άρα η χαρακτηριστική μεταφοράς ισχύος είναι P o = A2 2 a + 3 ba ca4 16 +! Παρατηρήστε ότι αν υπήρχαν όροι 2ης και 4ης τάξης στο αρχικό πολυώνυμο τότε Όλοι αυτοί οι όροι αποκόπτονται εύκολα από κατάλληλο φίλτρο. 2 = P i a + b 3 2 P + c 5 i 2 P i2 +! 1 S 2 i = A 2 sin 2 ( 2π f c t) = A cos ( 2π 2 f t c ) 1 S 4 i = A 4 sin 4 ( 2π f c t) = A cos 2π 2 f t c ( ) + cos( 2π 4 f c t) 2 Μη-Γραμμική Λειτουργία Ενισχυτών Η καμπύλη μεταφοράς ισχύος έχει μέγιστη ισχύ εξόδου στον κόρο, στην οποία αντιστοιχεί μια τιμή ισχύος εισόδου στον κόρο. Πολλές φορές τη χαρακτηριστική εισόδου-εξόδου την κανονικοποιούμε ως προς την τιμή κόρου εισόδου και εξόδου αντίστοιχα. Οπότε Ο δείκτης i δηλώνει την είσοδο. Ο δείκτης ο δηλώνει την έξοδο. Ο δείκτης 1 δηλώνει 1 φέρον. X = P i P o Y = ( P i ) sat ( P o ) sat

22 Μη-Γραμμική Λειτουργία Ενισχυτών Αν απορρίψουμε για απλοποίηση όρους τάξης μεγαλύτερης ή ίσης της 5ης τότε P o = P i a + b 3 2 P i 2 9 = a 2 P i + b 2 4 P 3 + 2ab 3 i 2 P i2 dp o 27 = a 2 + 6abP dp i + b 2 i 4 P 2 = 0 P i i = 2a 9b = ( P i ) sat ( ) sat = a 2 2a P o P o P o = ( ) 81b sat 8a 3 9b + 3ab 4a2 81b 2 b2 9 4 P a + b 3 i 2 P i 2 8a 3 81*9b 3 = 8a3 81b = 81b 8a 3 a2 P i 1+ b 3 a 2 P i 2 Μη-Γραμμική Λειτουργία Ενισχυτών P o P o = ( ) 81b sat 8a 3 = 9 4 P i P i 1+ ( ) b sat a a2 P i 1+ b 3 a 2 P i 3 2 P i 2 = 1 4 P i P i 2 3+ ( ) b sat a = 9 4 9b 2a P 1+ b 3 i a 2 P i 9 2 P i 2 Y = X ( 4 3 X ) 2 2 Για μικρές τιμές του Χ ισχύει 10log 10 Y = 10log 10 X + constant Άρα η κλίση της καμπύλης (σε db) = 1, δηλ. για μεταβολή 1 db στην ισχύ εισόδου έχουμε 1 db στην ισχύ εξόδου.

23 Χαρακτηριστική Μεταφοράς Ο συντελεστής μετατροπής ΑΜ/ΑΜ είναι 1 μακρυά από το σημείο κόρου και όσο πλησιάζουμε σε αυτό τόσο μειώνεται, μέχρι να μηδενιστεί. Σημείο συμπίεσης κατά 1dB (1dB compression point): η ισχύς εξόδου όταν η καμπύλη αποκλίνει κατά 1dB από την προέκταση του γραμμικού τμήματος. Το σημείο αυτό αντιστοιχεί σε μείωση της απολαβής ισχύος κατά 1dB. Ο συντελεστής μετατροπής ΑΜ/PΜ περιγράφει το φαινόμενο της μετατόπισης φάσης μεταξύ εισόδου και εξόδου K p = Δφ / ΔP i ( / db) Αναδίπλωση Ισχύος Εισόδου-Εξόδου IBO = 1 P i OBO = 1 ( P i ) sat 1 P o 1 ( P o ) sat Το κέρδος κορεσμού του επαναλήπτη και το κέρδος σε οποιοδήποτε σημείο λειτουργίας είναι ( ) SL = P 1 o G sat ( ) sat 1 ( P i ) sat 1 ( ) sat G SL = P 1 o P = OBO P o 1 1 i IBO P i ( ) sat = OBO ( ) SL IBO G sat

24 Σχέση Κέρδους, EIRP, και Πυκνότητας Ροής Ισχύος ( ) G sat T Η EIRP κορεσμού στο DL είναι ( ) SL = P 1 o EIRP sat L T L FTX Η απαιτούμενη πυκνότητα ισχύος στο UL για να προκαλέσει κορεσμό είναι ( Φ sat ) SL = P R A Reff = P 1 ( i ) L sat FRX L R L POL G Rmax 4π 2 λ u ( W / m ) 2 Αναδίπλωση Ισχύος Αναμεταδότη Η ισχύς εξόδου πομπού του ES P t μπορεί επίσης να υπολογιστεί από την ισχύ εξόδου του αναμεταδότη και το κέρδος του αναμεταδότη όταν αυτές οι παράμετροι είναι γνωστές και χρησιμοποιείται ένας bent pipe αναμεταδότης. Γενικά P rx = P sat + OBO G xp dbw όπου P sat είναι η ισχύς εξόδου στον κόρο του αναμεταδότη σε dbw, OBO (αρνητικά db) είναι η αναδίπλωση ισχύος εξόδου σε db, και G xp είναι το κέρδος του αναμεταδότη σε db.

25 Έλεγχος Ισχύος Έλεγχος Ισχύος στην Άνω Ζεύξη Σε συχνότητες άνω των 10 GHz, διαταραχές διάδοσης υπό μορφή διαλείψεων σε συνθήκες βροχής προκαλούν μείωση της λαμβανόμενης στάθμης ισχύος στο δορυφόρο και άρα μειώνεται ο C/N άνω ζεύξης στον αναμεταδότη, κάτι που μειώνει τον συνολικό (C/N) λόγο στο δέκτη του ES. Ο έλεγχος ισχύος άνω ζεύξης (uplink power control, UPC) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αντιμετωπιστεί η εξασθένηση λόγω βροχής στην άνω ζεύξη. Ο ES εκπομπής παρακολουθεί ένα σήμα ραδιοφάρου από το δορυφόρο, και επαγρυπνεί για μειώσεις ισχύος που υποδηλώνουν διαλείψεις λόγω βροχής στo DL. Οι νέες γενιές δορυφόρων στη ζώνη Ka υιοθετούν την ανίχνευση στάθμης ισχύος UL στο δορυφόρο. Μια ζεύξη ελέγχου με κάθε επίγειο σταθμό UL κλείνει το βρόχο. Δεδομένου ότι το DL είναι πάντα σε διαφορετική συχνότητα από το UL, μια εξασθένηση A db στην κάτω ζεύξη πρέπει να κλιμακοποιηθεί για να υπολογιστεί η εξασθένηση στην άνω ζεύξη.

26 Έλεγχος Ισχύος στην Άνω Ζεύξη Ο συντελεστής κλίμακας που χρησιμοποιείται είναι τυπικά ο (f up / f down ) a όπου το a είναι τυπικά μεταξύ 2.0 και 2.4. Π.χ. ένας σταθμός UL που εκπέμπει στα 14.0 GHz παρακολουθεί το ραδιοφάρο του δορυφόρου στα GHz. Η εξασθένηση στην άνω ζεύξη δίνεται επομένως από τη σχέση A up = A down (f up / f down ) a db όπου A up είναι η κατ εκτίμηση εξασθένηση λόγω βροχής στην άνω ζεύξη και A down είναι η μετρούμενη εξασθένηση λόγω βροχής στην κάτω ζεύξη. Για μια τιμή a = 2.2 και (f up / f down ) = ο συντελεστής (f up / f down ) a είναι Άρα 3-dB εξασθένηση λόγω βροχής στο DL θα έδινε μια κατ εκτίμηση 4.7-dB εξασθένηση στο UL. Αυτή η τιμή εξασθένησης στην άνω ζεύξη ισχύει μόνο για συνθήκες βροχής και δεν περιλαμβάνει εξασθένηση από αέρια ή σπινθηρισμό, τα οποία απαιτούν διαφορετικούς λόγους κλιμάκωσης. Συνολικός Σηματοθορυβικός Λόγος

27 Συνολικός Σηματοθορυβικός Λόγος Θεωρούμε ζεύξη από σταθμό σε σταθμό, και χρήση επαναλήπτη που εκτελεί Ενίσχυση του λαμβανόμενου σήματος Αλλαγή της συχνότητας του φέροντος Δύο υποθέσεις γίνονται για τον επαναλήπτη Είναι διαφανής (δεν εκτελεί λειτουργίες αναγέννησης, δηλαδή αποδιαμόρφωση και επεξεργασία) Υποστηρίζει μόνο ένα φέρον και οι δύο υποθέσεις απλουστεύουν τον υπολογισμό του συνολικού σηματοθορυβικού λόγου. Συνολικός Σηματοθορυβικός Λόγος Από ενεργειακή άποψη η μετατροπή συχνότητας είναι «διαφανής», οπότε θεωρούμε απλά τον ενισχυτή.

28 Συνολικός Σηματοθορυβικός Λόγος Το BER στο κανάλι βασικής ζώνης ενός δέκτη ES καθορίζεται από το λόγο C/N στον IF ενισχυτή στην είσοδο του αποδιαμορφωτή. Ο θόρυβος στον IF ενισχυτή προέρχεται από πολλές πηγές. Μέχρι τώρα στην ανάλυσή μας για τις άνω και κάτω ζεύξεις έχουμε εξετάσει μόνο το θερμικό θόρυβο του δέκτη και το θόρυβο που εκπέμπεται από τα ατμοσφαιρικά αέρια και τη βροχή στην κεκλιμένη διαδρομή. Όταν υλοποιείται μια πλήρης δορυφορική ζεύξη, ο θόρυβος στον IF ενισχυτή του επίγειου σταθμού θα έχει συνεισφορές από τον ίδιο το δέκτη, την κεραία λήψης, το θόρυβο ουρανού, το δορυφορικό αναμεταδότη από τον οποίο λαμβάνει το σήμα, από παρακείμενους δορυφόρους, και επίγειους πομπούς που μοιράζονται την ίδια ζώνη συχνοτήτων. Έκφραση για το Λόγο (C/N ο ) ο ή (C/N ο ) T Περίπτωση Χωρίς Παρεμβολές Η λαμβανόμενη ισχύς στην είσοδο του δέκτη του Επίγειου Σταθμού είναι CD. Ο θόρυβος στην είσοδο του δέκτη του επίγειου σταθμού αποτελείται από το άθροισμα δύο συνιστωσών Τον θόρυβο στην κάτω ζεύξη που καθορίζει το λόγο (C/No)D και υπολογίζεται ως εξής ( N o ) D = kt D Το θόρυβο στην άνω ζεύξη που επανεκπέμπεται από το δορυφόρο Άρα ο συνολικός θόρυβος είναι ( N o ) T = ( N o ) D + G( N o ) U ( W / Hz)

29 Έκφραση για το Λόγο (C/N ο ) ο ή (C/N ο ) T όπου G = G SL G Tsl G Res L FTXsl L FRXes L D είναι το ολικό κέρδος ισχύος μεταξύ της εισόδου του δέκτη του δορυφόρου και της εισόδου του δέκτη του επίγειου σταθμού. Άρα θα ισχύει C N o T ( = N o ) T C D ( ) D + G( N o ) U = N o C D ( = N o ) D C D ( + N o ) U C D G όπου C D G -1 η ισχύς του σήματος στην είσοδο του δορυφορικού δέκτη. Έκφραση για το Λόγο (C/N ο ) ο ή (C/N ο ) T Άρα ( N o ) U C D G = C N U Τύπος αντίστροφου C/N C N o T = C U + C D ( Hz )

30 Έκφραση για το Λόγο (C/N ο ) ο ή (C/N ο ) T Αν συμβολίσουμε τον σηματοθορυβικό λόγο της πρώτης ζεύξης με γ 1 και της δεύτερης με γ 2, τότε ο συνολικός γράφεται γ γ = + Þ ( γ ) = + γ γ γ γ γ γ γ tot tot γ + γ Þ ( γtot ) = γγ Þ γ = tot γγ 1 2 γ + γ Τύπος αντίστροφου C/N Έκφραση για το Λόγο (C/N ο ) ο ή (C/N ο ) T Υπάρχουν μερικοί χρήσιμοι εμπειρικοί κανόνες για τον υπολογισμό του (C/N ο ) T από δύο τιμές C/N ο : Αν οι τιμές C/N ο είναι ίσες, το (C/N ο ) T είναι 3 db χαμηλότερο από την τιμή τους. Αν η μία τιμή C/N ο είναι 10 db μικρότερη από την άλλη τιμή, το (C/N ο ) T είναι 0.4 db χαμηλότερο από τη μικρότερη τιμή C/N ο. Αν η μία τιμή C/N ο είναι 20 ή και περισσότερα db μεγαλύτερη από την άλλη τιμή C/N ο, ο συνολικός (C/N ο ) T ισούται με τη μικρότερη εκ των δύο τιμών C/N ο μέσα στην ακρίβεια των υπολογισμών decibel (±0.1 db).

31 Έκφραση για το Λόγο (C/N ο ) ο ή (C/N ο ) T Εισάγοντας τις τιμές του κορεσμού έχουμε C N o U = P i 1 1 ( ) sat 1 ( ) sat = IBO P i = IBO P o = IBO ( N o ) U ( N o ) U ( G sat ) SL ( N o ) C U o Usat ( Hz) C N o D 1 = OBO( EIRP sat ) SL 1 L D k G T ES = OBO C Dsat ( Hz) Περιθώριο Ασφάλειας Προσοχή, ο σηματοθορυβικός λόγος στην κάτω ζεύξη επηρεάζεται από τη βροχή όχι μόνο λόγω εξασθένησης και αύξησης της θερμοκρασίας θορύβου, αλλά και λόγω την μικρότερης ισχύς εξόδου λόγου της μικρότερης ισχύς εισόδου (σχέση IBO και OBO). C N o C N o Urain Drain = C = C Uclearsky Dclearsky Δ G T = G T G T clearsky A RAIN Δ OBO rain ( dbhz) ( ) A RAIN Δ G T ( dbhz)

32 Έκφραση για το Λόγο (C/N ο ) ο ή (C/N ο ) T Περίπτωση Με Παρεμβολές Η υπέρθεση των παρεμβολών στο χρήσιμο σήμα της ζεύξης από σταθμό σε σταθμό γίνεται σε δύο επίπεδα Στην είσοδο του επαναλήπτη στην άνω ζεύξη Στην είσοδο του δέκτη του επίγειου σταθμού στην κάτω ζεύξη Το φαινόμενο είναι παρόμοιο με την αύξηση του θερμικού θορύβου στη ζεύξη N o = ( N o ) χωριςπαρεµβoλες + ( N o ) I ( W / Hz) Έκφραση για το Λόγο (C/N ο ) ο ή (C/N ο ) T C N o D = C χωριςπαρεµβoλες D + C I,D ( Hz ) C N o U = C χωριςπαρεµβoλεςu + C I,U ( Hz ) C N o T = C = C χπu χπu + C + C χπ D χπ D + C + C I,U I + C I,D ( Hz )

33 Έκφραση για το Λόγο (C/N ο ) ο ή (C/N ο ) T Πιθανές αιτίες παρεμβολής είναι Uplink Ανεπιθύμητη ισχύς στην είσοδο του δορυφόρου από ES που στοχεύει σε γειτονικό δορυφόρο. Ανεπιθύμητη ισχύς στην είσοδο του δορυφόρου από ISL με γειτονικό δορυφόρο. Ανεπιθύμητη ισχύς στην είσοδο του δορυφόρου από προϊόντα ενδοδιαμόρφωσης στο HPA του ES. Ανεπιθύμητη ισχύς στην είσοδο του δορυφόρου από την εκπομπή ορθογωνικής πόλωσης από το ES. Έκφραση για το Λόγο (C/N ο ) ο ή (C/N ο ) T Πιθανές αιτίες παρεμβολής είναι Downlink Ανεπιθύμητη ισχύς στην είσοδο ES από γειτονικό δορυφόρο. Ανεπιθύμητη ισχύς στην είσοδο του ES από προϊόντα ενδοδιαμόρφωσης στο HPA του δορυφόρου. Ανεπιθύμητη ισχύς στην είσοδο του ES από την εκπομπή ορθογωνικής πόλωσης από το δορυφόρο. Ανεπιθύμητη ισχύς στην είσοδο του ES από την εκπομπή άλλων επίγειων συστημάτων που λειτουργούν στην ίδια συχνότητα και βρίσκονται κοντά στο ES.

34 Έκφραση για το Λόγο (C/N ο ) ο ή (C/N ο ) T Τελικά ο συνολικός λόγος μπορεί να γραφεί C N T = N U C + N D C + I intermod C + I crospol C + I adjsat C + I terrestrial C όπου οι τρεις πρώτοι όροι της παρεμβολής εμπεριέχουν τις επιδράσεις στο UL και στο DL. Σχέση (C/N o ) T και S/N ή BER Ο Συνολικός Λόγος για τη ζεύξη (C/N o ) T της ισχύος του διαμορφωμένου φέροντος προς τη φασματική πυκνότητα ισχύος του θορύβου υπολογίζεται στην είσοδο του Δέκτη (αποδιαμορφωτή) του Επίγειου Σταθμού. Ο Σηματοθορυβικός Λόγος (S/N) ή ο Ρυθμός Σφαλμάτων (BER), ανάλογα με τον τύπο της μετάδοσης που χρησιμοποιείται, υπολογίζεται στην έξοδο του δέκτη (αποδιαμορφωτή), δηλαδή αφορά στο σήμα βασικής ζώνης. Τόσο στα αναλογικά όσο και στα ψηφιακά συστήματα μετάδοσης, υπάρχει μια σχεδόν γραμμική σχέση μεταξύ του S/N ή του BER στην έξοδο του αποδιαμορφωτή και του C/N στην είσοδο του αποδιαμορφωτή, με δεδομένο ότι ο λόγος C/N υπερβαίνει μια τιμή κατωφλίου.

35 Χαρακτηριστική ενός FM Αποδιαμορφωτή Χαρακτηριστική Ψηφιακού Αποδιαμορφωτή

36 Διαδικασία Σχεδίασης 1. Προσδιορίστε τη ζώνη συχνοτήτων στην οποία πρέπει να λειτουργεί το σύστημα. Μπορεί να απαιτηθούν εναλλακτικές σχεδιάσεις για σύγκριση. 2. Καθορίστε τις παραμέτρους επικοινωνιών του δορυφόρου. Υπολογίστε οποιεσδήποτε τιμές που δεν είναι γνωστές. 3. Καθορίστε τις παραμέτρους των Επίγειων Σταθμών εκπομπής και λήψης. 4. Αρχίστε από τον επίγειο σταθμό εκπομπής. Συντάξτε έναν προϋπολογισμό UL και έναν προϋπολογισμό ισχύος θορύβου του αναμεταδότη για να βρείτε τον (C/N) up στον αναμεταδότη. 5. Βρείτε την ισχύ εξόδου του αναμεταδότη βάσει του κέρδους αναμεταδότη ή της αναδίπλωσης ισχύος εξόδου. Διαδικασία Σχεδίασης 6. Καταρτίστε έναν προϋπολογισμό ισχύος και θορύβου του DL για τον ES λήψης. Υπολογίστε τα (C/N) dn και (C/N) Τ για έναν σταθμό στην άκρη της ζώνης κάλυψης (η χειρότερη περίπτωση). 7. Υπολογίστε το λόγο S/N ή το BER στο κανάλι βασικής ζώνης. Βρείτε τα περιθώρια ζεύξης. 8. Αξιολογήστε το αποτέλεσμα και συγκρίνετε με τις απαιτήσεις προδιαγραφών. 9. Αλλάξτε παραμέτρους του συστήματος όπως απαιτείται για να λάβετε αποδεκτές τιμές (C/N) Τ ή S/N ή BER. Αυτό μπορεί να απαιτήσει πολλές δοκιμαστικές σχεδιάσεις. 10.Προσδιορίστε τις συνθήκες διάδοσης κάτω από τις οποίες πρέπει να λειτουργεί η ζεύξη. Υπολογίστε τους χρόνους διακοπών για UL και DL. 11.Επανασχεδιάστε το σύστημα αλλάζοντας κάποιες παραμέτρους αν τα περιθώρια ζεύξης είναι ανεπαρκή. Ελέγξτε ότι όλες οι παράμετροι είναι λογικές, και ότι η σχεδίαση μπορεί να υλοποιηθεί στα πλαίσια του προβλεπόμενου προϋπολογισμού.

37 Ευχαριστώ! Ερωτήσεις?