بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
تحليل لينک فرکانسي بالا در شبکه هاي ماهواره اي VSAT
چکيده - شبکه هاي ماهواره اي امروزه کاربرد و اهميت زيادي پيدا کرده اند و به ويژه شبکه هاي ماهواره اي VSAT که در اين مقاله مورد بررسي قرار گرفته است , کاربردهاي متنوع و مختلفي در بانکداري الکترونيکي , خبرنگاري , صنايع نفت و گاز و مانيتورينگ دارد و کاربردهاي آن روبه افزايش است در اين مقاله لينک فرکانس راديويي تحليل شده است و موضوعاتي مانند انواع نويز و فرمول هاي مربوطه به همراه تحليل uplink ارائه شده است و درادامه موضوعاتي مانند چگالي فلو توان , توان تشعشعي ايزوتروپيک موثر درايستگاه زميني به همراه محاسبه و تحليل تلفات و تضعيف در مسير uplink ارائه شده است و روابط و فرمول ها و نمودار هاي مربوطه تشريح شده است .
کليد واژه - شبکه هاي ماهواره اي VSAT-uplink
١- مقدمه
دراين مقاله کيفيت محتوي اطلاعات تحويل داده شـده بـه لايه کنتـرل پيونـد داده موردبررسـي قـرار داده خواهـد شـداين کيفيت توسط نرخ خطاي بيت ١ (BER) سنجيده مـي شـود کـه عبارت است از نسبت تعداد بيت هـاي خطـاي دريـافتي بـه کـل تعـدادبيت هـاي دريـافتي .نـرخ خطـاي بيـت بسـتگي بـه نــوع مدولاسيون وکدينگ وهمچنين نسـبت سـيگنال بـه نـويز يعنـي دارد .درواقــع نســبت را مــي تــوان بــه عنــوان معيارکيفيت لينک فرکانسي درنظرگرفت .
تحليل لينک فرکانس راديويي
تحليل لينک درخصوص پيکربندي ستاره اي صورت مي گيردکه درشکل نشان داده شده است .
شکل ١-پيکربندي شبکه
ايستگاه هاي vsat ارسال کننده که درمحدوده پوشش آنتن دريافت کننده ماهواره قرار دارند , N تا حامل inbound توليد مي کنند واين حامل ها توسط ترانسپوندر ماهواره رله مي شوند تا به ايستگاه هاب برسند .ايستگاه هاب نيز از طريق يک سيگنال حامل outbound که با روش مالتي پلکس تقسيم زماني٢(TDM) مدوله شده است باهمه vsat هايي که درمحدوده پوشش آنتن ارسال کننده ماهواره قرار دارند ارتباط برقرار مي کند واين مديون قابليت پخش (Broadcasting) ماهواره درمنطقه تحت پوشش است .
حاملي که ازيک ايستگاه ارسال کننده ناشي شده است وتوسط ترانسپوندر ماهواره درفرکانس uplink دريافت شده است توسط ترانسپوندر ماهواره تقويت شده وقبل از ارسال وسپس دريافت توسط ايستگاه هاي زميني که براي فرکانس downlink تنظيم شده اند , ترجمه فرکانسي٣ صورت مي گيرد .اين حامل توسط نويز خراب مي شود که نويز خود منابع متعددي دارد که درادامه به آنها اشاره مي کنيم .
نويز حرارتي ٤
نويز حرارتي هم درuplink وهم در downlink حضوردارد وبه وسيله منابع طبيعي ايجاد مي شود .قبل از هرچيز تشعشات ناشي از اجرام راداريم که توسط آنتن هاي دريافت کننده جذب مي شود .درمخابرات ماهواره اي منبع اصلي تشعشع براي آنتن ماهواره زمين وبراي آنتن ايستگاه هاي زميني آسمان است .
نويز تداخل ٥
انتظار مي رود تداخلاتي چه از جانب سيستم هاي ماهواره اي که درهمان باند فرکانسي کارمي کنند وچه از جانب سيستم هاي زميني وجودداشته باشد .
تداخل درحالت uplink جايي به وجود مي آيد که آنتن گيرنده ماهواره توسط حامل هاي ارسالي ازجانب ايستگاه هاي زميني متعلق به يک ماهواره مجاور تحت تاثير قرار بگيرد ويا ممکن است ازرله هاي مايکروويو زميني ناشي شده باشد .
همچنين درحالت downlink , تداخل جايي به وجود مي آيد که آنتن ايستگاه زميني دريافت کننده حامل هاي ارسالي ازجانب ماهواره هاي مجاور يا رله هاي مايکروويو زميني را دريافت مي کند . اين تداخل درصورتي به مانند نويز عمل مي کند که طيف حامل ناخواسته ٦ با طيف حامل مطلوب ٧ همپوشاني٨ داشته باشد .
اين موضوع درحالت downlink اهميت بيشتري دارد زيرا اندازه کوچک آنتن ايستگاه vsat ودرنتيجه پهناي پرتو٩ بزرگتر آن باعث مي شود که درمقابل حامل هاي خارج از محور حساس تر باشد .به همين دليل است که ترجيح داده مي شود که شبکه هاي vsat درباندهاي فرکانسي انحصاري١٠ عمل نمايند .
نويز انترمدولاسيون
ازشکل ٤-١ مي توان فهميد که ترانسپوندرماهواره چندين حامل را پشتيباني مي نمايد که درحالتي که حامل هاي inbound وoutbound ازترانسپوندرهاي جداگانه تغذيه مي شوند
,N عدد است و چنانچه ازيک ترانسپوندريکسان استفاده کنند
١+N عدد است که البته اين حالت دومي بيشتر اتفاق مي افتد .
درحالت دسترسي TDMA١٢ که درآن حامل هادرخلال يک چارچوب زماني به صورت پشت سرهم ارسال مي شوند , درهرلحظه فقط يکي ازاين حامل ها توسط ترانسپوندر تقويت مي شود .درحاليکه درحالت دسترسي به شيوه FDMA١٣ يا CDMA١٤ که حامل ها به صورت مداوم توسط ايستگاه هاي زميني ارسال مي شوند , ترانسپوندر به طور همزمان چندين حامل راتقويت مي کند که دراصطلاح به آن مد حامل چندگانه ١٥ مي گويند .اين اتفاق همچنين درحالتي که مد ترکيبي١٦ FDMA.TDMA اعمال مي شود نيز وجوددارد .
اختلاف اصلي درتعداد حامل هاي همزمان است که اين خود دو پي آمد دارد :
نخست آنکه توان خروجي ترانسپوندر ماهواره بين حامل هاي همزمان به اشتراک گذاشته مي شود واين توان قابل دسترس براي هرحامل را کاهش مي دهد و دوم آنکه , حضور حامل هاي همزمان دروسايل تقويت کننده غيرخطي مربوط به ترانسپوندر باعث توليد حاصلضرب هاي اينترمدولاسيون ١٧ به شکل سیگنال های با فرکانس میشود که ترکیب خطی P عدد فرکانسی است که از رابطه زیر به دست می اید .
که mP اعداد صحيح مثبت يا منفي هستند .کميت X که به نام حاصل ضرب اينترمدولاسيون ناميده مي شود طبق رابطه زير
تعريف مي شود :
وقتي فرکانس مرکزي ترانسپوندر باندعبوري١٨ درمقايسه باپهناي باندش بزرگ است تنها حاصلضرب هاي اينترمدولاسيون فرد(odd-order) که درمورد آنها است , درميان پهناي باند کانال قرا مي گيرند .به علاوه توان حاصلضرب هاي اينترمدولاسيون با رتبه حاصلضرب کاهش مي يابد .درنتيجه درعمل تنها حاصلضرب هاي رتبه سوم وتا حدي رتبه پنجم مهم هستند .حاصلضرب هاي اينترمدولاسيون روي downlink با حامل مطلوب ارسال مي شوند ؛ اما هيچگونه اطلاعات مفيدي را نمي توان از آنها به دست آورد . آنها به شکل نويز عمل مي کنند وبه مانند کسري از توان حاصلضرب کلي اينترمدولاسيون هستند که دردرون پهناي باند گيرنده ايستگاه زميني قرار مي گيرند که براي حامل مطلوب تنظيم شده است .آنها را مي توان به عنوان نويز سفيد مدل کرد که چگالي طيف توان ثابت آنها يعني توسط رابطه زيرارائه مي شود :
که NIM توان اينترمدولاسيون محاسبه شده درخروجي ترانسپوندر درميان پهناي باند نويز يا BN مربوط به ايستگاه زميني است نسبت توان حامل به چگالي طيف توان نويز
سهم نويز١٩ درارتباط با حامل مطلوبي که خراب مي کند , مورد توجه است .به همين دليل لازم است که ميزان نسبت توان حامل به توان نويز درنقاط مختلف لينک که نويز باعث خرابي حامل مي شود , مشخص شود .
تحليل uplink
شکل ٣ هندسه uplink رانشان داده است .به
منظورمحاسبه دربدترين حالت , فرض مي شود که ايستگاه زميني فرستنده درلبه ٢٠منطقه پوشش uplink قرار دارد که به عنوان تراز تعريف مي شود ودرآن آنتن گيرنده ماهواره نسبت به حداکثر مقدارش درمحور بهره ثابتي
مثلا 3Db- دارد که کتناظر با يک کاهش دربهره درمقايسه با حداکثر مقدار نسبت به صورت زيرتعريف مي شود :
که CU توان حامل دريافتي درورودي ترانسپوندر ماهواره است . چگالي طيف توان نويز است ومرتبط با دماي نويز سيستم uplink يعني TU است :
که K ثابت بولتزمن است :
را مي توان طبق رابطه زيربيان کرد :
