Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Низкоорбитальные спутниковые системы связи (НОРС) - одно из новых перспективных направлений развития спутниковой связи. Они существенно дополняют высокоорбитальные системы, обеспечивают высокое качество связи и расширяют номенклатуру услуг, предоставляемых пользователям, в том числе и для транспорта [1].
Безопасность и эффективность движения транспортных средств зависит от трех факторов: связи, навигации и наблюдения. Связь предполагает возможность оперативного обмена информацией между подвижным объектом и диспетчером. Навигация - это точное определение координат подвижного объекта. И, наконец, наблюдение заключается в использовании связной и навигационной информаии для отображения текущего положения объекта и отслеживание по электронной карте маршрута его передвижения. Данные три функции являются основными при сопровождении грузов, перевозимых железнодорожным и автомобильным транспортом, при организации управлении воздушным движением и обеспечении безопасности судоходства. Отсюда следует, что НОРС позволяеет осуществить интервальное регулирование движением поездов в принципе без использования устройств сигнализации, централизации, блокировки (СЦБ) [2]. Кроме того, НОРС позволяет легко связаться с абонентами, находящимися в трудодоступных районах. Данные системы (НОРС) особенно актуальны и эффективны для служб, работающих в экстремальных условиях: милиции, скорой помощи, пожарной, спасательной и др. Это определяется:
малыми габаритами антенн и приемо-передающих абонентских станций, масса которых тоже очень мала ( 1 -5 кг);
возможностью оценки собственных координат пользователя на местности (навигационное самоопределение без использования навигационной аппаратуры и специальных спутников) и передачей их в диспетчерский пункт.
Малые габариты и вес аппаратуры НОРС определяются тем, что их орбиты расположены значительно ближе к земле (700 - 1500 км ) по сравнению с геостационарными и высокоэллиптическими орбитами (~ 36 тыс. км). Это позволяет существенно снизить требования к энергетическим параметрам радиолиний.
Для охвата связью большой территории Земли используют несколько орбит в разных плоскостях, на которых вращаются искусственные спутники Земли (ИСЗ). В спутниковых системах связи (ССС) НОРС имеется одна или несколько станций управления спутниками и сетью связи, а также шлюзовые станции для взаимодействия с сетями телефонии и передачи данных общего пользования. ССС на базе НОРС позволяет обеспечивать связь с терминалами, размещенными в полярных широтах [2], и практически не имеет альтернативы при организации связи в регионах со слаборазвитой инфраструктурой связи и низкой плотностью населения.
Не случайно данная тематика (НОРС) вызывает огромный интерес в научном мире, судя по публикациям. Это потверждается также решениями Всемирной Административной Комиссии по Радиочастотам (ВАКР- 92, 95) и Рекомендациями Международного Союза Электросвязи (МСЭ) (бывший МККР).
Однако введение новых систем НОРС сдерживается следующими нерешенными проблемами:
1) проблемой электромагнитной совместимости (ЭМС) НОРС с наземными устройствами высокоорбитальной спутниковой связи (СС), радиорелейных линий (РРЛ), радиолакации (РЛ), работающих в одних и тех же диапазонах частот; 3) проблемой дефицита частотного ресурса.
В большинстве случаев НОРС работают в выделенных полосах частот на вторичной основе. Это значит, что НОРС не должны создавать помех для служб с первичным приоритетом частот, которые уже присвоены или могут быть присвоены в ближайшее время. Кроме того, они не могут предъявлять требований по ЭМС к службам других систем.Значительно перегружен диапазон частот ниже 2 ГГц. Уже очевидно, что пропускной способности хватит лишь на одну или две системы. Остальным придётся переходить на более высокий диапазон частот. Аналогичные проблемы и для фидерных линий. К ним предъявляются очень жесткие требования по ЭМС, выполнить которые очень трудно. Переходить же на очень высокие частоты (20 - 30 ГГц) - трудно реализуемо.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ - решение названных проблем по ЭМС между НОРС с наземными службами связи и дефициту частотного ресурса.
ПОСТАВЛЕННАЯ ЦЕЛЬ достигается путем решения следующих_основ-ных задач:
разработки системы с компактным спектром сигналов, минимальным побочным излучением и приемом, максимальной помехоустойчивостью связи;
разработки обобщенной модели движения спутников для решения задач ЭМС и обоснования плана частот межспутниковой связи;
определения процента времени воздействия мешающих сигналов (МС) нескольких НОРС;
оценка качества работы цифровых фиксированных наземных радиослужб (ФС) в условиях воздействия мешающих сигналов от НОРС.
НА УЧНАЯНОВИЗНА диссертации состоит в следующем:
Предложено использовать частотно-эффективную передачу речевой информации на основе сигналов минимальной фазы, однополосной модуляции и др.
Уточнена методика определения помехоустойчивости приема сигналов с фазовой, амплитудно-фазовой манипуляцией любой кратности.
Предложено дополнительно подавлять на 40 дБ фазовым методом не только зеркальный, но и соседний каналы приема, что существенно повышает ЭМС радиосредств.
Развит корреляционный метод анализа комбинационных искажений в нелинейном бортовом ретрансляторе (БРТ) спутника с многостанционным доступом с кодовым разделением сигналов.
Предложена обобщенная модель движения спутников, позволяющая исследовать вопросы ЭМС и обосновать план частот межспутниковой связи;
Предложена методика, позволяющая определить частотный план для систем НОРС.
Предложен метод определения неблагоприятных интервалов широт и азимутов НС в зависимости от параметров системы ЫОРС.
Для проведения различных расчетов были разработаны специальные программы для ЭВМ.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ диссертации заключается в экономии частотного ресурса и повышения ЭМС за счет:
обоснования нецелесобразности закрытия ФС;
дополнительного подавления (~ на 40 дБ) ложных каналов приема (зеркальных и соседних).
НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ следующие научные положения:
методы повышения компактности спектра сигналов;
метод дополнительного подавления зеркальных и соседних каналов приема;
методика определения помехоустойчивости приема сигналов многократных ФМ„ и АФМ„;
методика анализа комбинационных искажений в нелинейном БРТ спутника с кодовым разделением сигналов.
алгоритм и результаты определения траектории движения нескольких НОРС;
алгоритм определения минимального частотного плана межспутниковой связи;
результаты исследования интегральной функции распределения вероятности ошибочного приема цифровых сигналов ФС;
результаты исследования неблогоприятных интервалов широт и азимутов антенн ФС, где с точки зрения ЭМС совместная работа НОРС и ФС в обших полосах частот нецелесобразна в зависимости от параметров системы НОРС;
результаты расчета вероятности ошибочного приема ФС при воздействии МС от нескольких НОРС, а также процента времени, в течение которого вероятность ошибочного приема превышает заданное значение.
РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ. Для исследования поставленных задач в диссертации были разработаны на ЭВМ программы-модели, которые могут быть использованы в учебных целях.
ЛИЧНОЕ УЧАСТИЕ. Работа выполнена лично соискателем.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы обсуждались на:
Международном форуме информатизации (МФИ-99) "Телекоммуникационные и вычислительные системы"—М.: 1999, МТУ СИ (один доклад).
8-й и 10-ой межрегиональных конференциях НТО РЭС им. А.С. Попова. Москва - Пушкинские горы, 1998 и 2000 (соответственно, два и три доклада).
Научно-технических конференциях (НТК) МТУСИ, 1994 - 1998, 2000. (5 докладов) и НТК МИИТА, 1999 (один доклад).
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 15 работ (включая две депонированные работы и одну статью в журнале АТС - 2000)
СТРУКТУРА и ОБЪЕМ РАБОТЫ. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений (151 страница текста, 69 рисунков, 6 таблиц и списка литературы из 84 наименований).
