Под потребляемым частотно-энергетическим ресурсом понимается мощность сигнала, формируемая в облучающей системе приемной земной станции спутниковой связи (ЗССС), необходимая для обеспечения требуемого качества приема ( Рпр ). Она определяется как произведение средней спектральной плотности мощности ( Vср ) сигнала на полосу занимаемых частот.
P = Vcp Δ fс ,
где Vср – средняя спектральная плотность мощности принимаемого сигнала;
Δ fс– полоса занимаемых частот.
Спутниковый оператор (владелец спутников-ретрансляторов) предоставляет в аренду часть или полностью частотно-энергетический ресурс транспондера (ствола).
Суммарный ресурс транспондера определяется мощностью усилителя ( Рmр ) и полосой частот транспондера ( Δ fmр ). Средняя предоставляемая в аренду спектральная плотность мощности в транспондере ( Vmр ) определяется как:
,
где С – ежемесячная стоимость аренды;
Стр– ежемесячная стоимость ресурса транспондера.
Если же оказывается, что Vср > Vmр , то расчет ведется по потребляемой мощности:
.
Таким образом, оператор связи (арендатор) заинтересован в том, чтобы:
- выполнялось условие Vср ≤ Vmр ;
- величина Δ fс была минимальна.
Поскольку при выполнении неравенства Vср ≤ Vmр оплата производится за аренду частотного ресурса (даже при Vср = 0 ) необходимо стремиться к выполнению этого неравенства. Это возможно обеспечить исключительно выполнением требований по добротности приемной земной станции спутниковой связи (ЗССС). Этот параметр ЗССС определяется коэффициентом усиления антенны и уровнем шумов в тракте приема. Уровень шумов минимизируется за счет выбора профессионального оборудования. В настоящее время практически все его производители известных брэндов обеспечивают одинаковое качество продукции, поэтому важнейшим параметром при выборе ЗССС становится коэффициент усиления антенны. В инженерных расчетах достаточную степень точности дает формула:
G = 110 D 2 f 2 ηa ,
здесь: G – коэффициент усиления антенны;
D – диаметр антенны в метрах;
f – частота, на которой измеряется G;
ηa – коэффициент использования поверхности антенны (КИП).
КИП зависит от качества изготовления антенны. Обычные его значения для профессиональных антенн находятся в пределах 0,65 - 0,7. Следует иметь в виду, что на рынке присутствуют антенны с КИП существенно ниже указанных.
Таким образом, для обеспечения требуемого соотношения сигнал/шум на выходе приемного тракта важнейшим фактором является правильный выбор диаметра антенны. Ориентировочные требования к диаметру антенны можно посмотреть здесь www.starlink.info/instr.php?tex=4.
Если на организуемой спутниковой линии связи приходится использовать уже имеющиеся антенные системы и обеспечивается неравенство Vср > Vmр , то повышение экономической эффективности такой линии становится возможным исключительно за счет методов помехоустойчивого кодирования. Так, самое широкое распространение на спутниковых линиях связи находит сверточное кодирование с различной скоростью кода (1/2, 3/4, 7/8 и др.). Использование кодов с более высокой исправляющей способностью позволяет снизить требование к Vср, но требует пропорционального расширения полосы частот Δ fс и не дает существенного экономического выигрыша.
В тоже время существуют классы кодов, которые при тех же скоростях кодирования позволяют снизить требования к Vср на 3дБ и более. Ниже в таблице приведены требования к отношению сигнал/шум (в дБ) для обеспечения требуемой вероятности ошибочного приемы ( Рош ) для некоторых широко используемых кодов. Таблица составлена по данным производителей модемов в условиях приема сигналов QPSK с использованием скорости кода 3/4. (Для комбинации кодов Viterbi+Reed-Solomon полоса частот требуется больше на ≈8%).
| Рош | Viterbi (нск) | Seqental | ТРС | Viterbi+ Reed-Solomon |
| 10-3 | 4,9 | 4,7 | 2,8 | 4,3 |
| 10-4 | 5,6 | 5,2 | 3 | 4,5 |
| 10-5 | 6,3 | 5,6 | 3,2 | 4,9 |
| 10-6 | 7 | 6,1 | 3,4 | 5,1 |
| 10-7 | 7,7 | 6,5 | 3,7 | 5,3 |
| 10-8 | 8,4 | 6,9 | 4,0 | 5,4 |
Как видно из таблицы, традиционный несистематический сверточный код (НСК) с декодированием по алгоритму Viterbi проигрывает уже при вероятности ошибок 10-8 по сравнению с турбокодом (TurboProductCode-TPC) на 4,4дБ. Это означает, что при той же полосе частот Δ fс требования к Vср могут быть снижены на ту же величину. Причиной сдерживания всеобщего применения ТРС является стоимость модема. Этот вид кодирования предоставляется производителями модемов, как правило, опционально в виде отдельной платы с ценной, составляющей 20-30% от стоимости модема.
Если в результате использования помехоустойчивого кодирования или антенны с большим диаметром возник запас по энергетике Vmр - Vср ≥ 3дБ, то существует реальная возможность повысить экономическую эффективность линии связи за счет применения более сложных видов модуляции или применения технологии «несущая в несущей».
Технология CinC позволяет в два раза уменьшить полосу частот Δ fс, поскольку передаваемый и принимаемый сигналы используют одну и ту же полосу частот. При этом Vср возрастает теоретически на 3дБ. Реально надо иметь запас 4-4,5дБ. Модемы и приставки с опцией CinC существенно дороже традиционных спутниковых модемов, поэтому применение этой технологии не всегда рентабельно даже при больших запасах по энергетике.
Если запас по энергетике позволяет, то более эффективным методом повышения рентабельности линии является уменьшение полосы занимаемых частот за счет выбора вида модуляции и кодирования. Так применение модуляции 16QAM вместо QPSK позволяет снизить полосу занимаемых частот в 2 раза, а использование скорости кода 7/8 по сравнению с 3/4 дополнительно экономит частотный ресурс на 15%. При этом Vср возрастает на 4дБ. Снизить требование по Vср на величину порядка 1,5дБ возможно за счет использования наряду с нск кода Рида-Соломона, однако, полоса частот в этом случае возрастет на величину около 8%. В таблице ниже приведены требования по отношению сигнал/шум для приема сигналов с модуляцией 16QAM со скоростью нск кода 7/8.
| Рош | Viterbi (нск) | Viterbi+ Reed-Solomon |
| 10-3 | 9,5 | 9,3ми |
| 10-4 | 10,1 | 9,6 |
| 10-5 | 10,7 | 9,9 |
| 10-6 | 11,1 | 10,1 |
| 10-7 | 11,8 | 10,4 |
| 10-8 | 12,4 | 10,7 |
Достоинством применения многопозиционных методов модуляции (QPSK, 8PSK, 16QAM) и традиционных методов кодирования (нск, Reed-Solomon) является их наличие в современных модемах. В случае же их предоставления опционально инсталляция производится программными средствами при небольшой оплате.
Таким образом, при организации спутниковых линий связи в целях повышения их экономической эффективности необходимо путем выбора соответствующих видов модуляции и кодирования добиться минимизации полосы занимаемых частот при выполнении условия Vср ≈ Vmр .
Вернуться в раздел СПРАВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ |