MINDENNAPUNK ELEKTRONIKÁJA

MINDENNAPUNK

Rovatvezető: dr. Hetényi László

ELEKTRONIKÁJA Távbeszélő-összeköttetések létesítése műholdas hírközlő rendszerekkel 1. B E V E Z E T É S A műholdas hírközlő rendszereket ma m á r a hírközlés úgyszólván valamennyi t e r ü l e t é n széleskörűen alkal­ m a z z á k . A polgári felhasználású m ű h o l d a s hírközlő rendszerekben — a földfelszíni hírközlő rendszerekhez hasonlóan — az esetek legnagyobb részében analóg forrásokból származó információt (távbeszélő-, rádióés televíziójeleket) kell nagy távolságra t o v á b b í t a n i . E z e n k í v ü l a műholdas hírközlő rendszereknek alkal­ masaknak kell lenniük távírójelek, adatok (hang­ frekvenciás és nagy sebességű, i l l . széles s á v ú adatok), t o v á b b í t á s á r a is. A m ű h o l d a s hírközlő rendszerek a hírközlés különböző feladatainak megoldására, egy­ k é t kivételtől eltekintve, geostacionárius p á l y á n levő m ű h o l d a k a t alkalmaznak. A geostacionárius m ű ­ holdak előnye, hogy rögzített helyzetük k ö v e t k e z t é ­ ben a hírközlő rendszer megvalósítása egyszerűbb m i n t mozgó m ű h o l d esetén. A geostacionárius m ű h o l d a k a l k a l m a z á s á n a k t o v á b b i előnye, hogy egy műholdas hírközlő rendszerben 24 órás hírközlési készenlét f e n n t a r t á s á h o z csak egy m ű h o l d r a van szükség, szemben a mozgó m ű h o l d a k k a l , ahol 24 órás hírköz­ lés biztosításához 3—4 m ű h o l d szükséges. A földi állomások a műhold fedélzeti retranszlátorain á t lé­ tesíthetnek egymással összeköttetést. A retranszlátorok vagy transzponder demodulációt-remodulációt, vagy fedélzeti jelfeldolgozást á l t a l á b a n nem alkalmaz­ nak, csak frekvencia transzponálást, erősítést és szű­ rést. Meg kell azonban jegyezni, hogy i n t e n z í v k u ­ t a t á s i tevékenység folyik a demoduláló-remoduláló és fedélzeti jelfeldolgozást is alkalmazó retranszlátorok kidolgozására. Ebben a k ö z l e m é n y b e n csak az egyedi-beszéd­ csatornás távbeszélő-hálózatok és a távbeszélőcsa­ torna-képző berendezések felépítési elveinek, t o v á b b á működésének áttekintésére szorítkozunk.

p

r

i

b

G Y Ö R G Y TK

i

Ennek k ö v e t k e z t é b e n a műholdas hírközlő rendszer ideális csillag-topológiát (1. ábra) alkot, melynek középpontja a hírközlési m ű h o l d . A z t a módszert, ahogyan a földi állomások a műhold retranszlátoraihoz hozzáférhetnek (a földi állomások rádiójeleinek a fedélzeti r e t r a n s z l á t o r b a n való nyalábolásának módszerét) több-földi-állomás-hozzáférési módszer­ nek vagy több-pont-hozzáférési módszernek nevezik. A több-pont-hozzáférésnek számos eljárása ismeretes. A polgári felhasználású műholdas hírközlés jelen­ legi g y a k o r l a t á b a n a frekvencia-osztású több-állomás­ hozzáférés ( F D M A : Frequency Division Multiple Access) terjedt el széleskörűen, mert a műholdas hírközlés megvalósulásának k e z d e t é n (az 1960-as évek közepén) a frekvenciaosztású nyalábolás elmé­ lete és realizációs gyakorlata jól ismert volt a föld­ felszíni rádióhírközlés területéről. Mivel a digitális jelfeldolgozás és jeltovábbítás egyre i n k á b b előtérbe kerül a műholdas hírközlés területén, a jövőt tekint­ ve számolni kell az időosztású több-földiállomás-hoz­ záférés ( T D M A : Time Division Multiple Access) k i ­ terjedt alkalmazásával is. Geostacionárius m ű h o l d esetén a műhold és a földi állomások k ö z ö t t i távolság 36 000 k m és 39 000 k m k ö z ö t t változik aszerint, hogy a földi állomás a besu­ g á r z o t t területen belül hol helyezkedik el. Ennek k ö ­ v e t k e z t é b e n az útvonalcsillapítás értéke is jóval na­ gyobb mint földfelszíni rádióhírközlés esetén: a fel­ m e n ő szakaszon (földiállomás—műhold irány) és 6 GHz-en 200,5 d B , a lemenő szakaszon (műhold— földiállomás irány) és 4 GHz-en pedig 196,7 dB. A z 1980-as évek előtt létesített polgári felhasználású interkontinentális és regionális műholdas hírközlő rendszerek a felmenő szakaszon a 6 GHz-es, a lemenő

2. A M Ű H O L D A S H Í R K Ö Z L É S FŐBB JELLEMZŐI Mivel a geostacionárius m ű h o l d által besugárzott földfelszíni t e r ü l e t meglehetősen nagy kiterjedésű, a műholdas hírközlő rendszer egyedülálló jellemzője és egyik legalapvetőbb előnye a több-földiállomás­ hozzáférés ( t ö b b - p o n t hozzáférés). Több-állomás-hoz­ záférésű rendszerben a műhold által b e s u g á r z o t t te­ rületen levő és a műholdhoz c s a t l a k o z t a t h a t ó földi állomások közül — á l t a l á b a n — bármelyik bárme­ lyikkel létesíthet összeköttetést.

182

MH műhold FA •. földi állomás :

IB280-11

1. ábra. Csillag topológia Híradástechnika

XXXIV.

évfolyam 1983. 4. szám

szakaszon pedig a 4 GHz-es f r e k v e n c i a t a r t o m á n y ­ ban üzemelnek. A rendelkezésre álló frekvenciasáv mind a 4 GHz-es t a r t o m á n y b a n — 500 M H z , amely­ ben egy fedélzeti retranszlátor sávszélessége 36 M H z . Frekvencia-újrafelhasználás nélkül 12, frekvenciaújrafelhasználással 24 r e t r a n s z l á t o r helyezhető el m a x i m á l i s a n . A m ű h o l d a s hírközlés céljaira a nem­ zetközi egyezmények alapján (Rádiószabályzat) k i ­ jelölt f r e k v e n c i a t a r t o m á n y o k b a n , 10 GHz alatt az elektromágneses hullámterjedést befolyásoló effek­ tusok stabilak. Ennek k ö v e t k e z t é b e n a m ű h o l d a s hírközlő rendszerekben a szükséges fading-tartalék 3—7 d B , szemben a földfelszíni rádióhírközlő rendsze­ rekkel, ahol a fading-tartalék 30—40 d B . Meg kell jegyezni, hogy a m ű h o l d a s hírközlés t e r ü l e t é n a j ö v ő ­ ben a 10 GHz feletti f r e k v e n c i a t a r t o m á n y o k alkalma­ zására is sor kerül az országos, regionális és interkon­ tinentális hálózatokban e g y a r á n t . A földi állomások és a műhold k ö z ö t t i nagy t á ­ volság k ö v e t k e z t é b e n a műholdas hírközlő rendszerek­ ben a jelterjedési idő is jóval nagyobb, m i n t földfel­ színi esetben. A felmenő és a lemenő szakaszon különkülön, közelítően 1/8 másodperc, e g y ü t t v é v e pedig közelítően 1/4 másodperc. A nagy jelterjedési idő k ö v e t k e z t é b e n a m ű h o l d a s hírközlésben, á l t a l á b a n csak egy ismétlés (retranszláció) engedhető meg. Ez a retranszlációk által okozott zavaró effektusok szempontjából előnyös, szemben a földfelszíni nagy t á ­ volságú hírközléssel (rádiórelé rendszerek vagy ko­ axiális kábelek) ahol a nagy számú retranszláció k ö ­ v e t k e z t é b e n keletkező z a v a r ó effektusok halmozó­ dása jelentősen rontja az á t v é t e l minőségét.

3. E G Y E D I - B E S Z É D C S A T O R N Á S RENDSZEREK A több-állomás-hozzáférésű műholdas hírközlő háló­ zatok távbeszélő forgalma és a távbeszélő forgalom statisztikai jellemzői alapvetően eltérnek a földfel­ színi távbeszélő-hálózatok forgalmától. Ennek oka az, hogy a hírközlési műholdhoz csat­ lakozó földi állomások egy kontinens különböző or­ szágaiban, illetve különböző kontinensek különböző országaiban vagy nagy kiterjedésű országok k ü l ö n ­ böző időzónáiban vannak. Ennek k ö v e t k e z t é b e n egy­ részt az azonos műholdhoz csatlakozó földi állomá­ sok forgalma, és így a földi állomások szükséges t á v ­ beszélő-csatorna k a p a c i t á s a is különböző. Másrészt, a különböző időzónákban levő földi állomások k ö z ö t t a csúcsforgalmi időszak a napnak m á s és m á s idősza­ kaira esik. A m ű h o l d a s és a földfelszíni hírközlő rend­ szerek távbeszélő-forgalma k ö z ö t t i eltérés a csillag­ topológiának (műholdas hálózat) és a vonal-topoló­ giának (rádiórelé vonal), illetve a hurok-topológiának (földfelszíni távbeszélő-összeköttetés hurok) megfe­ lelő h á l ó z a t b a n való duplex hírközlés eltérő sajátos­ ságaival indokolható. A műholdas távbeszélő-hálózatok forgalmának jel­ lemzésére a forgalmi m á t r i x szolgál, melynek oszlo­ pai és sorai az azonos műholdhoz csatlakozó földi állomásokat, a m á t r i x elemei pedig a földiállomás­ p á r o k k ö z ö t t szükséges maximális távbeszélőcsator­ n a - k a p a c i t á s t t ü n t e t i k fel. A forgalmi m á t r i x tipikus Híradástechnika

XXXIV.

évfolyam 1983. 4. szám

példáját a 2. ábra szemlélteti. A több-földiállomás­ hozzáférésű m ű h o l d a s távbeszélő-hálózat forgalma időpontról i d ő p o n t r a változik a műholdhoz csatlako­ zó földi állomásokra érkező hívások (igények) függ­ vényében. A m ű h o l d a s hírközlőhálózatok távbeszélő-forgal­ m á n a k felmérésére v o n a t k o z ó vizsgálatok eredményei és az ü z e m b e n levő műholdas hírközlőrendszereken v é g z e t t forgalomstatisztikai vizsgálatok alapján, a m ű h o l d a s hírközlőrendszerek a távbeszélő-forgalom szempontjából k é t csoportra o s z t h a t ó k : I ) A kis- és közepes forgalmú m ű h o l d a s hírközlő­ hálózatok csoportjára, amelyekben egy-egy földi állomás távbeszélőcsatorna-kapacitásának átlagérté­ ke 12 távbeszélő-csatorna körül van. I I ) A nagy forgalmú m ű h o l d a s távbeszélő-háló­ zatok csoportjára, amelyekben egy-egy földi állo­ m á s távbeszélőcsatorna-kapacitásának átlagértéke lényegesen nagyobb, m i n t 12 távbeszélő-csatorna. A 2. ábrán az I ) csoportba t a r t o z ó földi állomásokat a körrel jelölt m á t r i x elemek m u t a t j á k . Meg kell je­ gyezni, hogy az I ) csoportba t a r t o z ó m ű h o l d a s hír­ közlőhálózatokban lehet egy-két olyan földi állomás, amelyek maximális csatornakapacitása 50—60 t á v ­ beszélő-csatorna. Ilyen például a m ű h o l d a s t á v b e ­ szélő-hálózatnak a távbeszélő-forgalom szempont pontjából k ö z p o n t i (gócponti) állomása. A z I ) cso­ portba t a r t o z ó m ű h o l d a s távbeszélő-hálózatokat ezenkívül az is jellemzi, hogy a műholdhoz sok földi állomás csatlakozik. Ezzel szemben a I I ) csoportba t a r t o z ó m ű h o l d a s távbeszélő-hálózatok t o v á b b i jellemzője, hogy a m ű ­ holdhoz kevés földi állomás csatlakozik. A z I ) és I I ) csoportba t a r t o z ó távbeszélő-hálózatok egy m ű h o l d a s hírközlő-rendszeren belül is előfordulhatnak. M ű ­ holdas hírközlőrendszernek a hírközlési m ű h o l d a t és a hozzá csatlakozó földi állomások összességét nevezik. A z , hogy a m ű h o l d a s távbeszélő-hálózat az I ) § y a I I ) csoportba sorolható-e, a m ű h o l d h o z csatlakozó földi állomások s z á m á n a k és a földi állo­ mások távbeszélőcsatorna-kapacitásának függvénye. v a

A, A

Ai A A

2

3

X o

•

2

3

A4

•

0

X

0

•

X

o

A«

o.

a

A

0

0

N

A

o

Ai A2

o

X

o

• AN

X :Ország, illetve -földi állomás

N: a műholdhoz csatlakozó földi állomások száma o-.a távbeszélő iqrgalom £ 12 távbeszélő csatorna O 'a távbeszélő forgalom >"12 távbeszélő csatorna IH280-2]

2. ábra. Forgalmi mátrix (példa)

183

A kis- és közepesforgalmú m ű h o l d a s távbeszélő­ h á l ó z a t o k b a n ( I ) csoportba t a r t o z ó hálózatok) a fe­ délzeti r e t r a n s z l á t o r rendelkezésre álló sávszélessé­ gének és adóteljesítményének j ó hatásfokú kihaszná­ lása, t o v á b b á a több-állomás-hozzáférési rugalmasság növelése szempontjából, optimális jeltovábbítási mód­ szert az egyedi beszédcsatornás (SCPC: Single Channel Per Carrier) rendszerek jelentenek. Egyedi beszéd­ csatornás rendszerekben egy-egy v i v ő h u l l á m o t csak egyetlen távbeszélő-csatorna jele modulál (innen az elnevezés) analóg vagy digitális moduláció alkalma­ zásával. Egyedi-beszédcsatornás jelfeldolgozási és j e l t o v á b ­ bítási módszereket alkalmazó m ű h o l d a s hálózatok­ ban — a k á r analóg a k á r digitális moduláció esetén — a fedélzeti retranszlátor a földi állomások rádiójeleit a frekvenciaosztás elvén nyalábolja (SCPC—FDMArendszer). SCPC—FDMA v i v ő h u l l á m o k a t alkalmazó műholdas távbeszélő-hálózatokban t e h á t a vivőhullá­ mok egy-hírforrás hozzáférésűek, a m ű h o l d a s rádió­ csatorna (földi a d ó - , földi vevő-berendezés, valamint a fedélzeti retranszlátor) pedig több-vivőhullám hoz­ záférésű. Ezzel szemben a I I ) csoportba t a r t o z ó távbeszélő­ hálózatok esetén a fedélzeti r e t r a n s z l á t o r sávszélessé­ gét és adóteljesítményét akkor hasznosíthatjuk j ó ha­ tásfokkal, ha a földi állomásokon a vivőhullámokat távbeszélőcsatorna-csoportokkal (frekvencia- vagy idő­ osztás elvén n y a l á b o l t csatornák jelével) moduláljuk (MCPC: M u l t i Channel Per Carrier rendszerek) ana­ lóg vagy digitális moduláció a l k a l m a z á s á v a l . Ebben az esetben a fedélzeti r e t r a n s z l á t o r a földi állomások rádiójeleit analóg modulációs módszer alkalmazása esetén a frekvenciaosztás elvén, digitális modulációs módszer a l k a l m a z á s a esetén pedig az időosztás elvén nyalábolja. A z előbbi esetben MCPC—FDMA rend­ szerről, az u t ó b b i b a n pedig MCPC — T D M A rendszer­ ről beszélünk. A t o v á b b i a k b a n i t t csak az I ) csoportba t a r t o z ó m ű h o l d a s távbeszélő-hálózatok áttekintésére szorít­ kozunk. A z SCPC—FDMA m ű h o l d a s hírközlő csa­ torna elvi felépítését a 3. ábra szemlélteti. A z á b r á n csak k é t földi állomást t ü n t e t t ü n k fel az egyszerűség kedvéért. Azokat a berendezéseket, amelyeknek feladata az SCPC—FDMA m ű h o l d a s h á l ó z a t o k b a n a hangfrek­ venciás beszédjel feldolgozása, a vivőhullámok modu­ lálása, a m o d u l á l t vivőhullámok nyalábolása, illetve a n y a l á b o l t vivőhullámok szétosztása, demodulálása és hangfrekvenciás beszédjellé való rekonstruálása, t o v á b b á a szükséges járulékos m ű v e l e t e k és felada­ tok elvégzése, távbeszéló'csatoma-képző vagy röviden röviden csatornaképző berendezéseknek nevezik. Az SCPC—FDMA rendszereknek, illetve csatornaképző berendezéseknek a távbeszélőjelek t o v á b b í t á s á n k í ­ vül hangfrekvenciás adatok másodlagos nyalábolással való t o v á b b í t á s á r a és közepes sebességű adatok­ nak 48 kbit/s vagy 56 k b i t / s sebességű t o v á b b í t á s á ­ ra is alkalmasaknak kell lenniük. A m ű h o l d a s hírközlő rendszerek az SCPC— F D M A rádiójelek t o v á b b í t á s á r a a hírközlési műhold k ü l ö n erre a célra szolgáló r e t r a n s z l á t o r á t , vagy m á s t í p u s ú rádiójelek (pl. M C P C — F D M A jelek) t o v á b b í ­ t á s á r a szolgáló r e t r a n s z l á t o r á n a k szabad frekvencia­

184

sávját használják. A hírközlési m ű h o l d SCPC—FDMA jelek t o v á b b í t á s á r a kijelölt r e t r a n s z l á t o r á b a n egy vagy t ö b b (azonos vagy különböző típusú) távbeszélő­ csatorna-képző berendezéstől származó jel vihető á t . SCPC—FDMA rendszerekben a műholdhoz csatla­ kozó földi állomások lehetnek azonos jósági tényezőnek ( G / T é r t é k : G = a földi állomás v e v ő a n t e n n á j á n a k nyeresége; T = a földi állomás vevőberendezésének zajhőmérséklete) vagy különböző jósági tényezőűek. Az előbbi esetben a műholdas hírközlő rendszert ho­ mogénnek, az u t ó b b i b a n pedig inhomogénnek nevez­ z ü k . I n h o m o g é n rendszerben a földi állomás jósági t é n y e z ő k tipikus é r t é k e i : G / T = 4 1 d B / K és G / T = 3 1 d B / K . A z egyedi beszédcsatornás távbeszélő-össze­ k ö t t e t é s e k létesítésére szolgáló fedélzeti retranszlátorok, mind vételre, mind adásra, globális nyalábú fedélzeti a n t e n n á t alkalmaznak, mivel ezek akkor jó hatásfokúak, ha a retranszlátorhoz sok, de kis­ vagy közepes forgalmú földi állomás csatlakozik. SCPC—FDMA rendszerekben a fedélzeti retranszl á t o r b a n t o v á b b í t h a t ó vivőhullámok maximális szá­ m á t az alábbiak h a t á r o z z á k meg: a) A fedélzeti retranszlátor rendelkezésre álló sáv­ szélessége és adóteljesítménye (a fedélzeti retranszlátorok sávkorlátosak és teljesítménykor­ látosak), b) a jelfeldolgozás és jeltovábbítás módszere, c) az átviteli minőség előírt jellemzői. SCPC—FDMA jelek t o v á b b í t á s á r a a jelenlegi gya­ korlatban 34 M H z , vagy 36 M H z sávszélességű fedél­ zeti r e t r a n s z l á t o r o k a t alkalmaznak. A retranszlátorok h a t á s o s a n k i s u g á r z o t t izotropikus teljesítménye* (az adóteljesítmény és az antenna nyereség összege dB-ben) pedig 23 d B W vagy 25 d B W a főnyaláb tengely i r á n y á b a n . Egyedi beszédcsatornás rendszer frekvenciatervének v á z l a t á t a 4. ábra szemlélteti. A frekvenciatervben f értéke a megvalósítható frekvenciastabilitásnak és az alkalmazott modulációs módszernek (a m o d u l á l t vivőhullámok sávszélessé­ gének) függvénye. Tipikus f é r t é k e k : 45 k H z , 80 k H z vagy 160 k H z . 36 MHz-es fedélzeti retranszlátor sávszélességen a t o v á b b í t h a t ó vivőhullámok maximális s z á m a : 800, ha / = 4 5 k H z , 450, ha / = 8 0 k H z , és 200 ha f = = 160 k H z . S C P C - F D M A rendszerekben egy duplex távbeszélő-összeköttetés létesítéséhez egy frekvencia­ p á r felhasználására van szükség. Az S C P C - F D M A jelek t o v á b b í t á s á r a kijelölt fe­ délzeti r e t r a n s z l á t o r b a n nemcsak egy csatornaképző berendezés vivőhullámai t o v á b b í t h a t ó k , hanem le­ hetőség van t ö b b azonos típusú (azonos frekvencia­ tervet t o v á b b á jelfeldolgozási és jeltovábbítási mód­ szert alkalmazó) vagy különböző típusú (különböző frekvenciatervet t o v á b b á különböző jelfeldolgozási és jeltovábbítási m ó d s z e r t alkalmazó) csatornaképző berendezésekből származó vivőhullámok együttes to­ vábbítására is. S C P C - F D M A rendszerekben az egyik alapvető p r o b l é m á t a csatornaképző berendezés csatorna dem o d u l á t o r a i n a k b e m e n e t é n szükséges frekvenciastad

d

d

d

d

* (e. i. r. p): Effective Isotropic Radiated Power; dBW. Híradástechnika

XXXIV.

évfolyam 1983. 4. szám

8 280-3 3. ábra. Egyedi-beszédcsatornás műholdas hírközlőcsatorna blokkdiagramja 1 S C P C / F D M A vivőhuUámok továbbítására szolgáló FRT S C P C / F D M Ai / fedélzeti retranszlátor F A — A : Földi állomás adó; F A — V : Földi állomás vevő T K Tranzit központ; r/r, koax.: rádlőrelé vonal vagy koaxiális kábel; F F : Földfelszíni csatlakozó egység; J. Hangfrekvenciás távbeszélő-csatornák; T B C K : TávbeszélőScsatornaképző berendezés; C E — A : Csatorna egység adók; C E — V : Csatorna egység vevők

^ y K F közös egység adó KF J. K F közös egység v e v ő KE—V R F E : Referens frekvenciák egysége; Szolg.: Szolgálati összekötte­ tés egységei; T E : Tápegységek; X : A frekvencia a csatorna kijelölési módszer és a felépítési elv függvénye

B/2

B/2 B 1 B280-4j

4. ábra. Egyedi beszédcsatornás frekvenciaterv jB = / m a * - / m m :

Az S C P C / F D M A vivőhullámokat továbbító mű­

holdas rádiócsatorna sávszélessége; fo = ^ ° " ^ ^ " : a sávközép frek­ n

m

vencia; /„: a pilotjel frekvenciája; fa: a vivőhullámok közötti frekvenciatávolság; fi, fi fn: az alsó félsáv vivőfrekvenciái; 1\, 1\ f' - a felső félsáv vivőfrekvenciái; fx^és f' : infor­ mációt nem hordozó vivőhullámok (a pilotjellel szomszédos két vivőhullám „üres" csatorna) N

\H íradástechnika XXXIV.

t

évfolyam 1983. 4. szám

A csatorna-vlvőfrekvencia-pozíciók meghatározására vonatkozó összefüggések az alábbiak, ha a vonatkoztatási frekvencia a pilotjel frekvenciája: Az alsó félsávban: f = f - (/a)/(2)- (N - k)f . A felső félsávban: f' =fp + (fj(2) + (k—l)fi. k = l, 2, N. A rendelke­ zésre álló frekvenciasávban továbbítható vivőhullámok száma, sáv­ korlátos műholdas hírközlő csatorna esetén: 2N = B/fa K

P

d

k

185

bilitás biztosítása jelenti. A szükséges frekvenciasta­ bilitás a vivőhullámok k ö z ö t t i frekvenciatávolságnak, valamint az alkalmazott jelfeldolgozási és jeltovábbí­ tási módszernek a függvénye. Az eltérés n é h á n y k H z lehet maximálisan. A probléma kritikussá válik abban abban az esetben, ha a vivőhullámok maximális s z á m a 800, a fedélzeti retranszlátorhoz csatlakozó földi állomások s z á m a pedig 50 vagy ennél t ö b b . A felmenő szakaszon nagy stabilitású oszcillátorok alkalmazásával lehet biztosítani, hogy a fedélzeti retranszlátor vevőberendezésének b e m e n e t é n kelet­ kezzen vivőhullámok k ö z ö t t i interferencia. SCPC— F D M A rendszerekben a frekvenciainstabilitás fő for­ rásai a fedélzeti r e t r a n s z l á t o r tolóoszcillátora és a le­ m e n ő szakasz frekvenciaforrásai a csatornaképző berendezés c s a t o r n a d e m o d u l á t o r a i n a k bemenetéig. Ezek közül is a legjelentősebb a fedélzeti tolóosz­ cillátor frekvenciastabilitása. A szükséges frekvenciastabilitás biztosítása érde­ k é b e n az SCPC—FDMA h á l ó z a t valamely földi állo­ m á s a — rendszerint a h á l ó z a t k ö z p o n t i állomása — referens pilotjelet sugároz, amelynek frekvenciája, AFC funkció segítségével, spektrum-központosítási célt szolgál a hálózat valamennyi földi állomásán, beleértve a pilotjel-adó földi állomást is. A spektrumközpontosítás biztosítja, hogy a vett vivőhullámok a csatornaképző berendezésben a nekik megfelelő c s a t o r n a d e m o d u l á t o r o k a t megelőző szűrők áteresztő sávjának közepére essenek. A referens pilotjel szintje, AGC funkció segítségével, biztosítja a vett vivőhullá­ mok szintjének egyenlőségét és szintstabilitását vala­ mennyi földi állomáson. Az alkalmazott jelfeldolgozási és jeltovábbítási módszertől, valamint a csatornaképző berendezés fel­ építésétől függően, a pilotjel lehet m o d u l á l a t l a n vagy modulált. Abban az esetben, ha a fedélzeti retranszlátor csak egy csatornaképző berendezés vivőhullámait t o v á b ­ bítja, a pilotjel frekvenciája a sávközépi frekvencia. Ha azonban a fedélzeti r e t r a n s z l á t o r t ö b b csatorna­ képző berendezésből származó vivőhullámot t o v á b b í t és a csatornaképző berendezések különböző t í p u s ú a k , akkor minden egyes csatornaképző berendezéshez k ü l ö n pilotjel tartozik. Az SCPC—FDMA rendszer m e g b í z h a t ó s á g á n a k növelése érdekében a referens pilotjelet tartalékolni kell. A pilotjel-tartalékolás különböző módszerei ismeretesek és lehetségesek, amelyekre i t t nem t é r ü n k k i . A műholdas hírközlő rendszerek és a földfelszíni hírközlő rendszerek eltérő sajátosságaiból — elsősor­ ban eltérő topológiájából — k ö v e t k e z i k , hogy a m ű ­ holdas hírközlés céljára nem ugyanazok a modulációs és nyalábolási módszerek az optimálisak, amelyek a földfelszíni hírközlés céljaira a legalkalmasabbak. E z e n k í v ü l , m ű h o l d a s hírközlő rendszerekben a fe­ délzeti r e t r a n s z l á t o r rendelkezésre álló sávszélessé­ gének és adóteljesítményének maximális kihasználá­ sa, a többállomás-hozzáférés maximális rugalmassá­ g á n a k biztosítása az alkalmazott jelfeldolgozási és jel­ továbbítási módszert továbbítani kívánt üzenettípus­ ra külön-külön optimalizálni kell. Az SCPC—FDMA rendszerekben analóg vagy digi­ tális jelfeldolgozási és jeltovábbítási módszereket e g y a r á n t alkalmazhatunk. A jelenlegi gyakorlatban

186

háromféle jelfeldolgozási és jeltovábbítási módszer terjedt e l : I . Analóg frekvenciamoduláció ( F M ) preemfázis és szótag-kompandor, valamint konvencioná­ lis vagy c s ö k k e n t e t t küszöbértékű ( P L L : Phase Locked Loop) F M demodulátor alkalmazá­ sával. I I . H é t b i t e s k ó d s z a v a k a t alkalmazó impulzus kódmoduláció (PCM) és négy állapotú digi­ tális fázismoduláció (QPSK), koherens demodulációval. I I I . A d a p t í v deltamoduláció ( A D M ) és k é t vagy négy állapotú digitális differenciál fázismo­ duláció (DPSK), koherens demodulációval. M i n d analóg, mind digitális jelfeldolgozás és jel­ t o v á b b í t á s esetén, a fedélzeti r e t r a n s z l á t o r adótelje­ s í t m é n y é n e k m e g t a k a r í t á s a érdekében, beszédjel-to­ v á b b í t á s esetén, az SCPC—FDMA rendszerek „vivő­ hullám-impulzus" (burst) üzemben m ű k ö d n e k . Vagy­ is, a vivőhullámok beszédszünetekben k i vannak kapcsolva. A vivőhullám be/ki kapcsolását a be­ szédfel-detektor vezérli. A fenti h á r o m módszer közül az adott esetben a leg­ megfelelőbbnek a k i v á l a s z t á s á t a szükséges jeltováb­ bítási k a p a c i t á s és az SCPC—FDMA jeleket t o v á b ­ bító rádiócsatorna p a r a m é t e r e i befolyásolják. A főbb p a r a m é t e r e k az a l á b b i a k : 1. A fedélzeti r e t r a n s z l á t o r : — (e. i . r. p.) értéke —, sávszélessége — bemenet/kimenet karakterisz­ t i k á j a —, A M / P M konverziója. 2. A fedélzeti retranszlátorhoz csatlakozó földi állomások G/T é r t é k e . 3. A földi állomások G/T értékeinek azonossága vagy különbözősége. (A hálózat h o m o g é n vagy inhomogén.) Meg kell jegyezni, hogy az idevonatkozó k u t a t á s o k eredményei alapján ma m á r a fenti h á r o m modulá­ ciós módszernél alkalmasabb jeltovábbítási eljárások is rendelkezésre állnak SCPC—FDMA rendszerekben való alkalmazás céljára, amelyeknek gyakorlati alkal­ m a z á s á v a l a jövőben számolni kell. Ilyenek például a többdimenziós modulációs rendszerek osztályai, to­ v á b b á a szimbólumok k ö z ö t t i interferenciától és „jitt e r " - t ő l mentes modulációs rendszerek osztályai. A szóba jöhető jelfeldolgozási és jeltovábbítási mód­ szerek vizsgálatára, illetve összehasonlítására nem térünk k i . Az SCPC — F D M A hálózatokban, rendszerint, szol­ gálati összeköttetést is kell létesíteni. Erre a célra t ö b b megoldás ismeretes és áll rendelkezésre, ame­ lyekre i t t nem t é r ü n k k i . Az SCPC—FDMA rendszerek lehetnek rögzített csatornásak (rögzített vivőfrekvencia kiosztásúak), vagy szabad hozzáférésűek (igény szerinti vivőfrek­ vencia kiosztásúak). R ö g z í t e t t csatornás rendszerek­ ben a vivőfrekvenciák a fedélzeti retranszlátorhoz csatlakozó földi állomások k ö z ö t t előre rögzített m ó ­ don vannak kiosztva. Szabad hozzáférésű rendszerek­ ben a vivőfrekvenciák a földi állomások k ö z ö t t a p i l ­ lanatnyi igénynek megfelelően, a hálózat pillanatnyi forgalma szerint vannak kiosztva és ezért a földi állo­ mások k ö z ö t t i vivőfrekvencia-kiosztás az idő függ­ v é n y é b e n változik. Híradástechnika

XXXIV.

évfolyam 1983. 4. szám

4. R Ö G Z Í T E T T CSATORNÁS R E N D S Z E R E K FELÉPÍTÉSI ELVEI Először a rögzített csatornás SCPC/FDMA beren­ dezések felépítési elveit fogjuk á t t e k i n t e n i . T á v b e ­ szélőcsatorna-képző berendezések felépítése többféle elven lehetséges. A felépítési elv egyrészt a csatorna­ kijelölés (vivőfrekvencia-kijelölés) módszerének, m á s ­ részt pedig az alkalmazott modulációs rendszernek a függvénye. Mivel az SCPC/FDMA rendszerek tranzitközpontok közötti összeköttetések, t o v á b b á mivel a t r a n z i t k ö z p o n t és a földi állomás egymástól távol esnek, a tranzit­ k ö z p o n t és a földi állomás k ö z ö t t rádiórelé vonal vagy koaxiális k á b e l létesítésére van szükség. A csatorna­ képző berendezésben alkalmazott jelfeldolgozási és jeltovábbítási módszertől függetlenül, a berendezés és a tranzitközpont/földi állomás összeköttetés k ö ­ z ö t t i csatlakozás mindig hangfrekvenciás. A csatla­ kozó berendezés a hangfrekvenciás illesztésre és rend­ szerint jelzés-átalakításra szolgál, mivel az esetek legnagyobb részében a m ű h o l d a s SCPC/FDMA rend­ szerben alkalmazott jelzésrendszer az adott ország földfelszíni hírközlő h á l ó z a t á b a n alkalmazott jelzés­ rendszertől eltér. A csatornaegységek a hangfrekvenciás távbeszélő­ jel analóg vagy digitális feldolgozására, a kijelölt vivőhullámoknak frekvenciaszintetizátorok alkalma­ zásával való generálására, valamint a vivőhullámok modulálására szolgálnak. A vivőhullámok az alkal­ mazott jelfeldolgozási és jeltovábbítási módszertől függetlenül minden esetben beszédjel-aktivizáltak, azaz a vivőhullámok a beszédszünetekben kikapcsolt álla­ potban vannak. A vivőhullámok be/ki kapcsolását beszédjel-detektor vezérli. A beszédjel-aktivizált vivő­ h u l l á m o k k a l a fedélzeti r e t r a n s z l á t o r jeltovábbítási k a p a c i t á s a 4—6 dB-el növelhető. A realizáció egy­ szerűsítése, valamint a megbízhatóság növelése ér­ dekében minden c s a t o r n a m o d u l á t o r azonos frek­ vencián üzemel. A c s a t o r n a m o d u l á t o r o k frekven­ ciájának értéke az alkalmazott csatorna kijelölési módszerétől és az adóoldali szűrési k ö v e t e l m é n y e k t ő l függ alapvetően. A csatornaegység v e v ő k feladata a KF közös egy­ ségből érkező modulált vivőhullámok frekvenciájá­ nak a demodulátorok frekvenciájára való letranszponálása, a szükséges csatorna (vivőhullám) szűrési k ö ­ vetelmények biztosítása, a vivőhullámok demodulá­ lása, t o v á b b á a hangfrekvenciás távbeszélőjel re­ k o n s t r u á l á s a . A csatornaszűrővel szemben t á m a s z t o t t k ö v e t e l m é n y e k realizálhatóságának könnyítése érde­ k é b e n (valamennyi csatornaszűrő azonossága érdeké­ ben) a csatornademodulátorok azonos frekvencián m ű ­ k ö d n e k . A csatornademodulátorok frekvenciájának értéke a csatornakijelölés v á l a s z t o t t módszerének, a szomszédos vivőhullámok frekvenciatávolságának, valamint az alkalmazott jelfeldolgozási és jeltovábbí­ t á s i módszernek a függvénye. A csatornademodulá­ torok többszörös t r a n s z p o n á l á s ú a k . A csatornádém o d u l á t o r o k a t megelőző szűrőknek a termikus zaj és a szomszédos csatornák (vivőhullámok) k ö z ö t t i interferenciájából származó zaj eredőjének minima­ lizálását kell biztosítaniuk analóg jelfeldolgozás és jel­ t o v á b b í t á s esetén. Digitális jelfeldolgozás és j e l t o v á b ­ Híradástechnika

XXXIV.

évfolyam 1983. 4. szám

bítás esetén a d e m o d u l á t o r o k előtti szűrés feladata a sávon belüli torzításoktól származó szimbólumok k ö z ö t t i interferencia és a szomszédos vivőhullámok k ö z ö t t i intermodulációtól származó szimbólumok k ö z ö t t i interferencia eredőjének minimalizálása. A c s a t o r n a d e m o d u l á t o r o k a t megelőző szűrési k ö v e t e l ­ m é n y e k n e k d e m o d u l á t o r előtti (sávszűrő) és demodulátor u t á n i (aluláteresztő szűrő) szűrésre való meg­ osztása a linearitással és a szimmetriával szemben t á m a s z t o t t k ö v e t e l m é n y e k e t jelentősen szigorítja, mivel mind analóg, mind digitális jeltovábbítás esetén a szögmodulációs rendszerek valamely v á l t o ­ zata az optimális. A K F közös egység a csatornaegységekből érkező m o d u l á l t v i v ő h u l l á m o k a t a frekvenciaosztás elvén közös s p e k t r u m m á nyalábolja és a földi állomás a d ó K F egységének b e m e n e t é r e csatlakoztatja, illetve a földi állomás vevő K F egységéből érkező m o d u l á l t v i v ő h u l l á m o k a t a csatornaegységek k ö z ö t t , a pilot jel által vezérelt frekvencia- és szintszabályozás (AFC és AGC funkció) u t á n szétosztja. A 10 GHz alatti f r e k v e n c i a t a r t o m á n y o k b a n m ű k ö d ő m ű h o l d a s hír­ közlőrendszerek esetén az első K F értéke á l t a l á b a n 70 M H z . A referens frekvenciák egysége a szükséges nagy stabilitású vezérfrekvenciák generálására szolgál. A szükséges vezérfrekvenciák a c s a t o r n a m o d u l á t o r frekvencia, a frekvencia szintetizátorok referens frek­ venciája (a szomszédos vivőhullámok k ö z ö t t i frek­ venciatávolság), a csatorna v e v ő egység lokálfrek­ venciája, a pilot frekvencia, ezenkívül, digitális jel­ feldolgozás és j e l t o v á b b í t á s esetén, az órafrekvenciák s z á r m a z t a t á s á h o z szükséges referens frekvencia. A megbízhatóság növelésének érdekében, a K F közös egységek, a referens frekvenciák egysége, a t á p ­ egységek, valamint a pilotfrekvencia-forrás redun­ d á n s a k (tartalékolva vannak). A csatornakijelölést (vivőfrekvencia-kijelölést) te­ kintve k é t módszer j ö h e t s z ó b a : I ) a frekvenciasáv particionálását alkalmazó módszer és I I ) a frekvencia­ s á v particionálása nélküli módszer. A frekvenciasáv particionálását alkalmazó módszer elvét az 5. ábra szemlélteti. A módszer lényege az alábbi. A fedélzeti r e t r a n s z l á t o r rendelkezésre álló frekvenciasávját (34—36 M H z ) sávszűrőkkel részsávokra osztják. Ha egy részsáv sávszélessége 1,6 M H z , akkor a lé­ t e s í t h e t ő részsávok maximális s z á m a a szomszédos vivőhullámok k ö z ö t t i frekvenciatávolság függvénye. Pl. ha a vivőhullámok 160 kHz-re vannak egymástól, akkor egy-egy részsávban 10 vivőhullám helyezhető el. Ebben az esetben a szűrési k ö v e t e l m é n y e k opti­ malizálása szempontjából a csatornaképző berendezés a d ó - és vevőegységében 6 M H z körüli é r t é k ű és 1,6 M H z sávszélességű közös középfrekvenciát cél­ szerű választani. A csatornakijelölés mechanizmusa az I ) módszer alkalmazása esetén az alábbi. A csa­ t o r n a m o d u l á t o r o k kimeneti frekvenciáját a frek­ venciaszintetizátor a csatornaképző berendezés K F sávjának valamelyik vivőfrekvenciájává transzpo­ nálja. Ezeket a v i v ő h u l l á m o k a t a részsáv k e v e r ő k a kijelölt részsávba t r a n s z p o n á l j á k , amely a földi állo­ más K F frekvenciasávjába esik. A csatornaképző berendezés vevő egységében a frekvenciatranszponálás az előbbi sorrend fordítottja. E n n é l a csatornakijelö-

187

1,6Mh z Dl

• • •

Dl

• • •

D

10 D.21 Dl | '—I—'

Dl' |

...

|

D l

'

0

"fmax

B 280-5

5. ábra. A frekvenciasáv partícionálásának elve /mm: az alsó határfrekvencia; f : a felső határfrekvencia; Di: részsávok az alsó félsávban; D : részsávok a felső félsávban; 1 = 1 , 2 , . . . , 10; /o: sávközépfrekvencia; fi, i*, ..., f : egy-egy rész­ sávban levő csatorna-vivőhullámok száma

D a i : a pilotjel és a szolgálati összeköttetés jeleinek továbbítására szolgáló részsáv A z /ma*—/min) szélességű frekvenciasávban elhelyezhető vivőhullámok (csatorna vivőhullámok) száma: 2N = 20ND

lési módszernél a csatornafrekvencia szintetizátorok által generálható frekvenciák száma megegyezik az egy-egy részsávban elhelyezhető vivőhullámok szá­ mával. A I I . módszer a l k a l m a z á s a esetén a fedélzeti ret­ ranszlátor rendelkezésre álló frekvenciasávját nem osztjuk részsávokra. Ebben az esetben a csatorna­ frekvencia szintetizátorok által generálandó frekven­ ciák maximális száma megegyezik a fedélzeti ret­ ranszlátor rendelkezésre álló frekvencisávjában elhe­ lyezhető vivőhullámok maximális számával. A csa­ tornakijelölés mechanizmusa ennél a módszernél az alábbi. A csatornaképző berendezés adó egységében a c s a t o r n a m o d u l á t o r frekvenciának a földi állomás K F sávjába való transzponálásához rendszerint csak egy keverési m ű v e l e t r e van szükség. A csatornaképző berendezés vevő egységében szükséges frekvenciatranszponálási m ű v e l e t e k száma, a k o r á b b a n említet­ teken kívül, a c s a t o r n a m o d u l á t o r frekvencia és a csa­ torna demodulátor frekvencia k ö z ö t t i eltérés m é r t é ­

k é n e k is függvénye. A szűrési követelményekre való optimalizálás, t o v á b b á az alkalmazott jelfeldolgozási és jeltovábbítási módszer függvényében a szükséges frekvenciatranszponálási műveletek száma 3 vagy 4.

maíc

t

ND

188

IRODALOM [1] Puente, J. G. — Werth, A. M. Demand: Assigned service for the Intelsat global network ( I E E E Spectrum, Jan., 1971. pp. 59 — 69).

[2] TuxoHoe, O. C. u. dp. KaHajioo6pa3ywuian: AnnapaTypa „rPAflHEHT-H". (3jieKTpocBa3b, JNs 1, 1978. pp. 18—24).

[3] Peunte, J. G.-Schmidt, W. G.-Werth, A. M.: Multiple-Access Techniques for Commercial Satellites. (Proc. I E E E , Febr., 1971. pp. 218-229). [4] Bhargava, V. K.—Haccoun, D. — Matyas, R.— Nuspel, P. P.: Digital Communication by Satellite. (John Wiley and Sons, 1981.) [5] 0opmyiueHKo,

A.A.(ped.):

OCHOBH TexHHiecjcoro npo-

eKTHpoBaHHa CHCTCM CBS3H iepe3 KC3 (Hbfl. „CBS3B",

MocKBa 1970).

Hiradástechnika

XXXIV.

évfolyam 1983. 4. szám