В конце 1940-х годов американский инженер Клод И. Шеннон предложил научное обоснование теории информации. По существу, он показал, что пропускная способность (С) канала связи - это число битов информации в секунду, которое теоретически можно передать по каналу связи с условно низкой частотой появления ошибочных битов. Пропускная способность является функцией ширины полосы пропускания канала связи и отношения S/N.

В цифровых системах параметром, эквивалентным отношению S/N, является отношение Eb/N0, которое определяется как отношение количества энергии в бите информации к спектральной плотности шумов. Для данной цифровой модуляции и метода кодирования существует определенное значение отношения Eb/N0, которое соответствует заданной величине ВЕR, ожидаемой на выходе декодера. Экспериментально показано, что величина ВЕR лучше, чем 10 - 10, примерно соответствует оценке «5» по градации качества приема сигнала.

Предположим, что мощность на выходе кодера источника информации меньше, чем пропускная способность канала связи. Тогда можно уменьшить величину ВЕR до любого желаемого уровня, используя FEC, не увеличивая мощность передатчика выше значения, для которого была рассчитана пропускная способность. Другими словами, существует верхний предел скорости безошибочной связи, который может быть достигнут при передаче по любому заданному каналу связи. Однако здесь существует компромисс. Сложность систем кодирования канала связи стремительно растет при приближении к пропускной способности, и ширина полосы пропускания также возрастает. График, демонстрирующий зависимость пропускной способности канала связи по отношению к Eb/N0 и ширине полосы пропускания, приведен на рис. 5.2.1.

Эффективность кодирования

Шеннон не определил коды, которые позволили бы работать со скоростью, близкой к пропускной способности канала связи. Огромная работа была проведена с тех пор в попытке достижения этого теоретического предела. Из этого следует, что использование FEC выражается в коэффициенте эффективности кодирования (или коэффициенте эффективности декодирования) при демодуляции передаваемого сигнала. Коэффициент эффективности кодирования определяется как разность между величиной Eb/N0, требуемой для достижения определенного значения ВЕR без применения кодирования, и величиной Eb/N0, требуемой для достижения того же самого значения ВЕR с применением кодирования. Очевидно, что чем эффективнее кодирование, тем выше будет коэффициент его эффективности при демодуляции, но тем выше будет и сложность кодирования, и его стоимость.

Примечания к рисунку:

1. R - скорость передачи информации, бит/с, W - передаваемая полоса частот, Гц.

2. График показывает границу пропускной способности для безошибочной связи.

3. Рабочая область для безошибочной связи лежит выше кривой.

4. Для Eb/N0  -1, 6 дБ требуется бесконечная полоса частот.

5. Рабочее ограничение мощности лежит слева от оси еb/n0 (R < W).

6. Область ограничения полосы пропускания лежит справа от оси Eb /N0 (R > W).

Рис. 5.2.1. Граница пропускной способности канала связи по Шеннону

Постоянный внешний код, применяющийся в стандарте DBV - это код (188, 204) Рида-Соломона, связанный с внутренним непрерывным (сверточным) кодом, который был выбран для удовлетворения требований вещателей. В комплексе такое кодирование канала связи может дать коэффициент эффективности кодирования свыше 7 дБ. Не следует путать кодирование канала связи с кодированием источника информации (цифровым сжатием).

Предварительная коррекция ошибок

В системах спутниковой связи для модуляции цифровых несущих в подавляющем большинстве случаев используют либо QPSK, OQPSK (сдвиг QPSK), либо BPSK модуляцию с применением FEC. Обычно применяется QPSK с когерентной демодуляцией вместе с внутренним кодом частотой 0, 5 или 0, 75, и когерентно - демодулированная BPSK с внутренним кодом частотой 0, 5.

Потери при работе декодера

Демодулятор приемника является причиной определенного количества потерь в общем канале связи из-за нелинейности фильтров и т. д. Эти потери обычно малы по сравнению с коэффициентом эффективности декодирования, но все же составляют значительную величину и должны быть учтены при расчете линии связи. Порядок этих величин обычно составляет от 1 до 1, 5 дБ.

Цифровая модуляция

Цифровая модуляция, также называемая фазовой модуляцией, во многих отношениях очень похожа на ЧМ. Как и в случае с ЧМ, анализ спектра является достаточно сложным, а оба спектра оказались бы похожими. Наиболее подходящими методами цифровой модуляции для передачи сигналов цифрового ТВ через спутник связи являются BPSK (двоичная фазовая манипуляция), QPSK (квадратурная фазовая манипуляция), 8-PSK и, возможно, 16-QAM (квадратурная амплитудная модуляция). Из этих четырех методов наиболее часто используется QPSK. Он имеет преимущество, поскольку может работать при мощности транспондера, близкой к насыщению, то есть с эффективной отдачей энергии. В табл. 5. 2 приведены теоретические значения Eb/N0, требуемые для достижения величины ВЕR, равной 10 - 10, без кодирования канала связи для различных методов модуляции. Метод 64-QAM часто выбирается для системы кабельного распределения каналов, потому что он обладает высокой эффективностью использования полосы пропускания при постоянно доступной ширине полосы пропускания 6-8 МГц.

Таблица 5. 2. Сравнение методов цифровой модуляции для BER, равной 10 - '°

Модификации для системы DVB

В системе DVB (стандарт вещания цифрового телевидения) применяется фазовая модуляция, которая по своим свойствам близка к ЧМ. Поэтому параметры, которые относятся к аналоговым ЧМ сигналам, действительны и для расчетов линии связи цифровых систем за одним исключением. Точно так же, как отношение S/N служит показателем качества принимаемого сигнала в аналоговых ЧМ системах, отношение еb /n0, при котором достигается определенная величина ВЕR, является эквивалентом отношения S/N для цифровых систем. Соотношение между C/N и еb /n0 , выраженное в дБ, определяется следующей формулой:

 (9)

где Eb/N0, дБ - отношение количества энергии в бите (Еь), Дж, к плотности потока мощности шумов, N0, Вт/Гц;

R - скорость передачи информации, бит/с;

В - передаваемая полоса частот, Гц;

C/N - отношение несущая/шум в полосе частот В, дБ.

Характерной чертой практических цифровых систем является следующее: для данного отношения скорости передачи бита информации к полосе пропускания канала существует отношение сигнал/шум (Eb/N0), выше которого возможен прием сигнала без ошибок и ниже которого прием невозможен. В отличие от аналоговых сигналов, которые постепенно ухудшаются под воздействием шумов, цифровые системы относительно неподвержены влиянию шумов вплоть до того момента, когда система коррекции ошибок уже не может действовать эффективно. В результате происходит резкое ухудшение или «крушение» системы. Это свойство цифровых систем устраняет необходимость градаций качества принимаемого изображения. Качество изображения относительно не пострадает, если суммарный ухудшенный уровень отношения Eb/N0 выше, чем некоторый требуемый уровень, соответствующий приемлемой «внутренней» вероятности появления ошибочных битов (Ре) или определенной величине ВЕR. ВЕR - это отношение числа битов информации, принятых ошибочно, к общему числу битов, переданных в секунду. Взаимоотношение между Ре и еb /n0 зависит от конкретных особенностей выбранного метода цифровой модуляции, поэтому операторы спутниковой связи обычно определяют (оговаривают) минимальный требуемый уровень отношения еb /n0. Значения, составляющие около 8 дБ, являются типичными для большинства телепрограмм DVB.

Список литературы

1.   Банкет В.Д., Дорофеев В.М. Цифровые методы в спутниковой связи. – М.: Радио и связь, 2008.- 240с.

2.   ГОСТ 19463 – 89. Магистральные каналы изображения радиорелейных и спутниковых систем передачи. Основные параметры и методы измерений.

3.   ГОСТ Р 50788 – 95. Установки непосредственного приема спутникового телевизионного вещания. Классификация. Основные параметры. Технические требования. Методы измерений.

4.   Кантор Л.Я., Микашин В.П.. Спутниковое вещание. – М.: Радио и связь, 2001. – 252с.

5.   МСЭ. Рекомендации МККР, 1992 г. Серия RBT. Вещательная служба (телевидение). МККР. Международный консультативный комитет по радио. – Женева, 2002. – 220с.

6.   МСЭ. МККТТ. Синяя книга. Т. III – 4. Общие аспекты цифровых систем передачи; Оконечное оборудование. Рекомендации G. 700 - G. 795. – 615с.

7.   Регламент радиосвязи. Т 1. – М.: Радио и связь 2005. – 509с.

8.   Стивенсон Д. Спутниковое ТВ. Практическое руководство: Пер. с англ.-М.: ДМК Пресс, 2001. – 496 с.

9.   Спутниковая связь и вещание: Справочник. – 3-е изд., С74 перераб. И доп. / В.А. Бартенев и др; Под ред. Л.Я. Кантора.-М.: Радио и связь, 2007. – 528с.:ил.

Приложение

Получение последних данных о спутниках и уровнях ЭИИМ в их зовах обслуживания может оказаться проблематичным. Расчет линии связи тоже занимает много времени, особенно если необходимо учитывать затухание сигнала в дожде и его поглощение в атмосфере при прохождении через определенный участок пространства на пути к Земле. Подобные вычисления можно производить намного быстрее, используя специальные постоянно обновляемые пакеты компьютерных программ.

При выполнении упрощенного «каркасного» метода расчета линии связи, который выполняется с большими допущениями для условий приема сигнала при ясном небе, можно воспользоваться программным обеспечением “SMWLink 2.0.”.

Программа Satmaster Pro для Windows

Программа Satmaster Pro, предназначена для вещателей, тех, кто работает с системами SNG (Satellite News Gathering, спутниковая система сбора новостей, применяется видео- и тележурналистике), компаний, занимающихся установкой таковых антенн, и отдельных трейдеров, занятых в отрасли спутникового ТВ. С помощью этой программы производится расчет параметров по нацеливанию антенны и анализ линии связи, прогнозируются нарушения радиосвязи из-за воздействия солнечного излучения. При расчете линии связи можно моделировать затухание сигнала в дожде и прогнозировать поглощение сигнала в атмосфере даже для низких углов места. В возможности данной программы входит также вычисление полного (суммарного) магнитного склонения, хранение данных о координатах расположения десятков тысяч городов и деловых центров, что позволяет спроектировать и установить спутниковую систему в любом месте земного шара. Программа Satmaster Pro объединяет все необходимые исходные данные, средства проектирования и анализа системы в одном программном пакете. Она предоставляет следующие возможности:

вычисление углов обзора и значений устанавливаемых углов полярной подвески, включая магнитный азимут и дополнительное расположение двух облучателей. Редактируемая база данных по 25 000 городам и деловым центрам, расположенная в двухстах отдельных файлах, объединяющих данные по странам. Расчет установки двух облучателей;

выполнение краткой формы расчета аналоговой и цифровой линии связи вниз для ТВ вещания. Оптимизация минимального размера антенной тарелки для любого выбранного заданного значения C/N, C/N0, S/N, оценки по шкале МККР, или еb /n0 включая уровень несущей на выходе блока LNB для систем распределения сигналов ПЧ;

калькулятор расчета цифровой линии связи для режимов SCPC/ МСРС. Вычисляет минимальный уровень мощности, требуемый для линии связи вверх, ширину полосы пропускания транспондера и коэффициент использования мощности на одну несущую с учетом интерференции. При этом можно задавать скорость передачи информации от 56 Кбит/с до значительно превышающих 40 Мбит/с. Кроме того, задается применение распространенных методов модуляции при любой скорости FEC-кодирования;

отображение карт зон обслуживания, дождевых климатических поясов, плотности водяных паров и температуры земной поверхности;

прогнозирование нарушений радиосвязи под воздействием солнечного излучения, представление ежегодных данных по датам и времени перерывов для любого глобального сочетания спутника/земной станции. Определение направления север/юг с позиции Солнца для установки полярных подвесок;

вычерчивание графиков и большой выбор для генерирования (создания) различных таблиц;

контекстно-зависимая помощь (справка) во всех полях ввода данных и большой ассоциированный справочный файл;

генерирование графиков и таблиц, включая цифровую модуляцию, затухание сигнала в дожде и поглощение в атмосфере;

выполнение вычислений и преобразований, подключение редактируемой программы проверки более сложных математических выражений;

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12