Пропускная способность многоканальных систем передачи информации

Предельная пропускная способность системы передачи (бит/с) в пределах полосы пропускания тракта передачи при наличии стационарного гауссовского шума со средней мощностью и сигналов со средней мощностьюопределяется по формуле Шеннона

При многоканальной передаче возникают специфические переходные помехи между каналами, обусловленные неидеальностью разделяющих устройств на приемной стороне, а также искажениями в групповом тракте передачи. С учетом этого, для многоканальных систем формула Шеннона должна быть модифицирована и принимает вид

где - так называемыйкоэффициент взаимных переходных помех между каналами, определяемый, как правило, экспериментальным путем, а F – общая полоса пропускания многоканальной системы передачи информации.

Из формулы (5) следует, что переходные помехи ограничивают пропускную способность многоканальной системы. При реальных значениях коэффициента увеличение мощности сигналасначала приводит к увеличению пропускной способности (как и в одноканальном случае), но дальнейшее увеличение мощности практически не приводит к увеличению С. Практика проектирования аппаратуры многоканальной связи показывает, что для снижения уровня взаимных помех приходится вводить защитные частотные интервалы между каналами, занимающие до 20% общей полосы пропускания системы передачи информации.

Множественный доступ с частотным разделением в спутниковых системах

Большинство спутников связи расположено геостационарной орбите, т.е. на круговой орбите, лежащей в плоскости экватора на высоте от уровня моря примерно 35,8 тыс. км. Эта орбита отличается тем, что находящийся на ней спутник вращается синхронно с Землей и неподвижен относительно ее поверхности (периоды обращения Земли и спутника равны). Три спутника, расположенных через 120 градусов друг от друга, позволяют охватить территорию всего земного шара (за исключением полярных областей (рис. 5)

Рис. 5. Иллюстрация геостационарной орбиты (вид с полюса)

Большинство спутниковых систем связи используют ретрансляторы (“транспондеры”) отличающиеся тем, что сигналы “земля – спутник” усиливаются, сдвигаются по частоте и ретранслируются на Землю без обработки сигнала и демодуляции. Согласно международным соглашениям разрешено использовать любой спутник, работающий в диапазоне 500 МГц. Как правило, такой спутник имеет 12 транспондеров с шириной полосы 36 МГц каждый. Наиболее распространенные транспондеры работают в режиме FDM/FM/FDMA (уплотнение с частотным разделением, частотная модуляция, множественный доступ с частотным разделением). Это соответствует следующим этапам.

1. FDM. Сигналы обрабатываются с использованием FDM, в результате чего формируется составной многоканальный сигнал

2. FM. Составной сигнал модулируется несущей и передается на спутник.

3. FDMA. Поддиапазоны полосы транспондера (36 МГц) могут распределяться между различными пользователями. Каждому пользователю выделяется определенная полоса, на которой он получает доступ к транспондеру.

Основным преимуществом технологии FDMA по сравнению с TDMA является простота. Каналы FDMA не требуют синхронизации или централизованного распределения времени, причем каждый из каналов независим от остальных.

Множественный доступ с временным разделением

На рис. 6. приведен пример использования технологии TDMA в спутниковой связи. Время разбито на интервалы, называемые кадрами (frame). Каждый кадр делится на временные интервалы, которые могут быть распределены между пользователями.

Рис. 6. Иллюстрация технологии TDMA

Каждая наземная передающая станция транслирует информацию в виде пакетов таким образом, чтобы они поступали на спутник в соответствии с установленным расписанием. После принятия транспондером такие пакеты ретранслируются на Землю вместе с информацией от других передающих станций. Принимающая станция детектирует и разуплотняет данные соответствующего пакета, после чего информация поступает к соответствующим пользователям.

Схема TDM/TDMA является чрезвычайно эффективной в том случае, когда требования пользователя можно предвидеть, а поток данных значителен (временные интервалы практически всегда заполнены). В случае неравномерного или случайного потока данных этот метод себя не оправдывает.

133