مقاله در مورد شبکه ای کردن ماهواره

word قابل ویرایش
42 صفحه
4700 تومان

شبکه ای کردن ماهواره

۱-۱مزایا و معایت ماهواره های چند پرتوی
شبکه های ماهواره ای تک پرتوی ممکن است یکی از معایب زیر را داشته باشند :
– ماهواره ممکن است پوششی از کل ناحیه زمین که توسط آن قابل دید است فراهم نماید و بدین ترتیب ایجاد لینک هایی با مسافت طولانی به عنوان مثال از یک قاره به قاره دیگر امکان پذیر شود . در این حالت بهره آنتن ماهواره توسط پهنای پرتو آن بوسیله پوشش تحمیل می شود محدود می گردد . برای یک ماهواره زمین ثابت ، پوشش عمومی مستلزم یک پهنای پرتو db 3 به اندازه ۱۷۴ و در نتیجه بهره آنتن حداکثر db 20 می باشد .

– ماهواره ممکن است پوششی از یک بخش از زمین را توسط یک پرتو باریک فراهم نماید . بدین ترتیب به علت کاهش زاویه دهانه پرتو آنتن ، بهره آنتن بیشتر می شود اما سیستم می تواند فقط توسط لینک های زمینی یا بین ماهواره ای به ایستگاههای که خارج از پوشش ماهواره قرار گرفته اند مرتبط شود .

با یک ماهواره تک پرتوی ، انتخاب بین ارتباط داخلی تعداد زیادی ایستگاه زمینی و تامین بودجه لینک مطلوب با یک بهره بالای آنتن ماهواره ضروری است .
ماهواره چند پرتوی هر دو انتخاب را با هم امکان پذیر می سازد . پوشش ماهواره به علت کنار هم قرار دادن چندین پوشش پرتو گسترش می یابد و هر پرتو یک بهره آنتن ایجاد می کند بطوریکه این بهره یا کاهش پهنای پرتو آنتن افزایش می یابد . با افزایش تعداد پرتوها عملکرد بهتر می شود . اما تکنولوژی آنتن و جرم ماهواره که با افزایش تعداد پرتوها پیچیدگی اش بیشتر می شود محدودیت ایجاد می کند .

در شکل ۱-۱ الف ماهواره پوشش عمومی را توسط یک پرتو با پهنای پرتو فراهم می کند و در شکل ۱-۱ب ماهواره پرتوهای نقطه ای را با پهنای پرتور با یک پوشش کاهش یافته تامین می کند . در هر دو مورد تمام ایستگاههای زمینی در شبکه ماهواره ای در محدوده پوشش ماهواره قرار دارند .

۱-۱-۱ مزایا
۱-۱-۱-۱ تاثیر بر بخش زمینی
عبارت برای لینک بالا رو طبق رابطه زیر می باشد .
(۱-۱)
با این فرض که دمای نویز در ورودی گیرنده ماهواره و مستقل از پوشش پرتو می باشد . اگر و از تلفات پیاده سازی صرفنظر شود عبارت (۱-۱) بصورت زیر می شود.
(۱-۲)
که در آن بهره آنتن گیرنده ماهواره می باشد . این ارتباط در شکل ۱-۲ برای دو حالت زیر نشان داده شده است .

– پوشش عمومی که مستلزم می باشد .
– پوشش پرتو نقطه ای که مستلزم می باشد .
عبارت برای لینک پایین رو طبق رابطه زیر می باشد :

با این فرض که توان حاصل ارسال شده بوسیله ماهواره می باشد اگر و از تلفات پیاده سازی صرفنظر شود عبارت (۱-۳) بصورت زیر می شود .
(۱-۴)
این ارتباط در شکل ۱-۳ برای دو حالت زیر نشان داده شده است :
– پوشش عمومی که مستلزم می باشد .
– پوشش پرتو نقطه ای که مستلزم می باشد .
در شکل های ۱-۲ و ۱-۳ فلش های مورب ، کاهش را هنگام تغییر از یک ماهواره با پوشش عمومی به یک ماهواره چندپرتوی با پوشش چندین پرتو نقطه ای نشان می دهد . در این حالت ماهواره چند پرتوری موجب صرفه جویی در اندازه و در نتیجه صرفه جویی در هزینه بخش زمینی می شود مثلا کاهش به اندازه Db 20 ممکن است منجر به ده برابر کاهش اندازه آنتن به همراه کاهش هزینه ایستگاه زمینی تقریبا از ۱۰ میلیون دلار به ۵۰ میلیون دلار گردد. حال اگر عینا همان بخش زمینی حفظ شود C/N0 افزایش می یابد بطوریکه می تواند منجر به اف

زایش ظرفیت در کیفیت ثابت سیگنال شود به شرطی که پهنای بند کافی در دسترس باشد .

۱-۱-۱-۲ استفاده مجدد از فرکانس
استفاده مجدد از فرکانس شامل چندین بار استفاده از همان باند فرکانسی است بطوریکه موجب افزایش طرفیت کل شبکه بدون افزایش پهنای باند تخصیص داده می شود . در مورد یک ماهواره جدید پرتوی جداسازی ناشی از جهت دهندگی آنتن می تواند جهت استفاده مجدد از همان باند فرکانسی و پوشش پرتوهای مجزا بهره برداری شود . شکل ۱-۴ هر دو اصل استفاده مجدد از فرکانس بوسیله پلاریزاسیون متعامد و استفاده مجدد از فرکانس بوسیله جداسازی زاویه ای پرتو را نشان می دهد . در این شکل یک پرتو به یک پلاریزاسیون و یک پوشش مفروض مربوط می شود.

در هر دو مورد پهنای باند اختصاص داده شده به سیستم B می باشد .فرکانس مرکزی برای لینک بالارو fu و برای لینک پایین رو fd می باشد . اما در مورد استفاده مجدد از فرکانس بوسیله پلاریزاسیون متعامد ، پهنای باند B فقط دوبار استفاده می شود اما در مورد استفاده مجدد از فرکانس بوسیله جداسازی زاویه ای پهنای باند B می تواند برای پرتوها تا آنجایی که سطح تداخل محاز اجازه می دهد استفاده مجدد شود . علاوه بر این هر دو نوع استفاده مجدد از فرکانس می توانند ترکیب شوند .

فاکتور استفاده مجدد از فرکانس به صورت تعداد دفعاتی که پهنای باند B مورد استفاده قرار می گیرد تعریف می شود . در تئوری یک ماهواره چند پرتوی با M پرتو تک پلاریزاسیون که به هریک عرض باند B اختصاص یافته و می تواند استفاده مجدد از فرکانس بوسیله جداسازی زاویه ای و پلاریزاسیون متعامد را ترکیب کند ممکن است فاکتور استفاده مجدد از فرکانس برابر ۲M داشته باشد .

بنابراین ماهواره چند پرتوی می تواند ظرفیتی را که توسط یک ماهواره تک پرتو با پلاریزاسیون تکی با استفاده از پهنای باند عرضه می شود به خود اختصاص دهد. در عمل فاکتور استفاده مجدد از فرکانس به آرایش ناحیه سرویس بستگی دارد بطوریکه پوشش را قبل از اینکه توسط ماهواره در اختیار گذاشته شود تعیین می کند . اگرناحیه سرویس شامل چندین منطقه جدا شده با فاصله

زیاد از هم باشد امکان استفاده مجدد از همان باند در تمام پرتوها وجود دارد . پس فاکتور استفاده مجدد از فرکانس می تواند به مقدار تئوری M نشان می دهد . هنگامی که پوشش پرتوها به هم پیوسته هستند از باند فرکانسی یک پوشش نمی تواند برای پوشش کناری آن استفاده کرد . در این مثال پهنای باند اختصاص داده شده به سه زیر باشد مساوی جدا از هم تقسیم می شود و هر کدام در پوشش پرتوها (۱و۲و۳) با جداسازی زاویه ای کافی از یکدیگر استفاده می شوند .

پهنای باند معادل در صورت عدم استفاده مجدد از فرکانس توسط پلاریزاسیون متعامد مقدار بدست آمده را برای M=13 پرتو دارد . پس فاکتور استفاده مجدد از فرکانس بجای ۱۳، ۳/۴ می شود . با استفاده مجدد از فرکانس بوسیله پلاریزاسیون متعامد در محدوده هر پوشش پرتو تعداد پرتوها M=26 خواهد بود و فاکتور استفاده مجدد از فرکانس برابر ۶/۸ می شود.
۱-۱-۲ معایب
۱-۱-۲-۱ تداخل بین پرتوها
شکل ۱-۶ ایجاد تداخل را در یک سیست ماهواره ای چند پرتوی نشان می دهد . پهنای باند اختصاص یافته B به دو زیرباند B2,B1 تقسیم می شود . این شکل سه پرتو را نشان می دهد. پرتوهای ۱ و ۲ از باند B1 و پرتو ۳ هم از باند B2 استفاده می کند .

در لینک بالارو حاملی که در فرکانس fu1 از پهنای باند B1 بوسیله پرتو ۲ ایستگاه زمینی ارسال می شود توسط آنتنی که پرتو ۱ را در گلبرگ جانبی اش با یک بهره کم غیرصفر شناسایی می کند دریافت می شود . طیف این حامل روی همان فرکانسی که توسط پرتو ۱ ایستگاه زمینی ارسال می شود قرار دارد بطوریکه در گلبرگ اصلی با حداکثر بهره آنتن دریافت می شود . بنابراین حامل پرتو ۲ بصورت نویز تداخل در طیف حامل پرتو ۱ ظاهر می شود. این نویز تداخل هم کانال (CCI)

نامیده می شود.علاوه بر این بخشی از توان حامل در فرکانس fu2 که توسط ایستگاه زمینی از پرتو ۳ ارسال شده به عنوان نتیجه فیلتر کردن ناقص فیلترهای IMUX که کانالهای ماهواره را در کانال اشغال شده بوسیله حامل fui مشخص می کند ارائه می شود . در این حالت تداخل کانال مجاور ACI همانند آنچه که در ارتباط بوسیله دسترسی چندگانه با تقسی

م فرکانسی در بخش ۱-۳-۲ مواجه شدیم وجود دارد .
در لینک پایین رو پرتو ۱ ایستگاه زمینی حاصل ارسالی در فرکانس fd1 را با حداکثر بهره در گلبرگی از آنتن که پرتو ۱ را مشخص می کند دریافت می کند . تداخل لینک پایین رو از سهم های چگالی طیفی توان که بر روی طیف این حامل قرار داده شده ودرادامه آمده اند بوجود می آید .
– طیف نویز تداخل کانال مجاور و طیف نویز تداخل هم کانال لینک بالارو که توسط ماهواره دوباره ارسال شده است .
– طیف حامل در همان فرکانس fd1 که با حداکثر بهره در پرتو ۲ و با یک بهره کم غیرصفر در جهت پرتو ۱ ایستگاه انتشار یافته است و این موضوع نشان دهنده تداخل هم کانال CCI اضافی می باشد .
اثر تداخل بصورت افزایش نویز حرارتی تحت همان شرایطی که نویز تداخل بین سیستمها تحلیل شد ظاهر می شود و باید همانطور که در عبارت ظاهر می شود در جمله منظور گردد. با توجه به منابع گوناگون تداخل که با افزایش تعداد پرتوها بسیار زیاد می شوند. ممکن است مقادیر نسبتا کم بدست آید و تاثیراین شرایط عملکرد را بر حسب کل لینک تضعیف می کند . تاثیر نویز تداخل بر یک لینک ماهواره ای چند پرتوری طبق تخمین حدود ۴۰% نویز کل می باشد .
۱-۱-۲-۲ ارتباط داخلی بین نواحی پوشش
یک سیستم ماهواره ای چند پرتوی باید در موقعیتی باشد که ارتباط داخلی تمام ایستگاهها زمینی شبکه را برقرار نماید و درنتیجه ارتباط داخلی نواحی پوشش را ایجاد کند . پیچیدگی محموله به زیر سیستم آنتن ماهواره چند پرتوری که خود بسیار پیچیده تر از زیر سیستم آنتن ماهواره تک پرتوی است افزوده می شود. با بکارگیری کانالهای تکرار کننده شفاف سه روش برای ارتباط داخلی نواحی پوشش می تواند پیش بینی شود :
– ارتباط داخلی از طریق برش ترانسپوندری
– ارتباط داخلی از طریق سوئیچینگ روی برد
– ارتباط داخلی از طریق جاروب پرتوی
این سه روش در ادامه توضیح داده خواهد شد .

۱-۱-۳ نتیجه گیری
سیستمهای ماهواره ای چند پرتوی کاهش اندازه ایستگاه های زمینی و بنابراین کاهش هزینه بخش زمینی را امکان پذیر می کنند . استفاده مجدد از فرکانس از یک پرتو به پرتو دیگر موجب افزایش ظرفیت بدون افزایش پهنای باند اختصاص داده شده به سیستم می شود . با وجود این تداخل بین کانالهای مجاور که بین پرتوهایی که از فرکانسهای یکسان استفاده می کنند اتفاق می افتد ، افزایش ظرفیت بالقوه را محدود می کند مخصوص

ا هنگامی که تداخل در ایستگاههای زمینی مجهز به آنتن های کوچک بیشتر است .
۱-۲ ارتباط داخلی از طریق پرش ترانسپوندری
باید اختصاص داده شده به سیستم به تعداد پرتوها به زیرباند تقسیم می شود . یک مجموعه فیلتر در داخل ماهواره حامل ها را طبق زیرباند اشغال شده جدا می کند خروجی هر فیلتر از طریق یک ترانسپوندر به آنتن پرتو مقصد مرتبط می شود. تعداد فیلترها و ترانسپوندرها حداقل باید برابر مجذور تعداد پرتوها باشد . شکل ۱-۷ این مفهوم را برای یک مثال با دو پرتو نشان می دهد . ب

ر طبق نوع پوشش ، ایستگاههای زمینی باید قابلیت ارسال و با دریافت روی چندین فرکانس و پلاریزاسیون را به منظور پرش از یک ترانسپوندر به ترانسپوندر دیگر داشته باشند . جدول ۱-۱ نوع دنباله روی سریع فرکانس مورد نیاز را به منظور تضمین ارتباط داخلی بین پرتوها بر طبق نوع پوشش نشان می دهد . ظرفیت پیشنهاد شده برای ترافیک می تواند بین پرتوها در محدوده ای که کل ظرفیت توسط پهنای باند سیستم تعریف شده بوسیله تصحیح تخصیص های زیرباند و بنابراین توسط تصحیح ارتباطهای بین فیلترهای ورودی وترانسپوندرها تغییر کند .این عملیات لحظه به لحظه توسط فرمان از راه دور متناسب با نوسانات بلند مدت ترافیک انجام می شود .

 

۱-۳ ارتباط داخلی از طریق سوئیچینگ روی برد(SS/TDMA)
1-3-1 اصول کار
هنگامی که تعداد پرتوها کم است سوئیچینگ پرتو بوسیله پرش ترانسپوندری یک راه حل می باشد . تعداد ترانسپوندرها حداقل به اندازه مجذور تعداد پرتوها افزایش می یابد . و اگر تعداد پرتوها زیاد باشد ماهوئاره بسیار سنگین می شود . بنابراین در نظر گرفتن سوئیچنگ روی برد ضروری است . اصول کار در شکل بعدی نشان داده شده است . محوله از یک ماتریس سوئیچ قابل برنامه ریزی تشکیل شده است که دارای تعداد ورودی و خروجی برابر با تعداد پرتوها می باشد . این ماتریس هر پرتو بالارو را به هر پرتو پایین رو از طریق یک گیرنده و یک فرستنده مرتبط می کند . بنابراین تعداد تکرار کننده ها برابر تعداد پرتوها می باشد . واحد کنترل توزیع مربوط به ماتریس سوئیچ، توالی حالتهای ارتباط بین هر ورودی و خروجی را در طول یک فریم ایجاد می کند به طوری که حامل های رسیده به ماهواره در هر پرتو به پرتوهای مقصد مسیردهی می شوند . از آنجایی که ارتباط داخلی بین دو پرتو دوره ای است . ایستگاهها باید ترافیک کاربرها را ذخیره کنند و هنگامی که ارتباط داخلی مورد نیاز بین پرتوها ایجاد شد آن را بصورت برست ارسال نمایند. این روش می تواند در عمل فقط با ارسال دیجیتال و دسترسی نوع TDMA استفاده شود و به این د لیل دسترسی چندگانه با تقسیم زمانی سوئیچ شده از ماهواره SS-TDMA نامیده می شود.

۱-۳-۲ ساختار فریم
شکل ۱-۹ الف ساختار یک فریم را برای یک ماهواره سه پرتوی نشان می دهد . فریم شامل یک فیلد همزمان سازی ویک فیلد ترافیک می باشد . برست ها از ایستگاههای ترافیک به مقصدهایشان در فیلد ترافیک مسیردهی می شوند . فیلد ترافیک شامل یک رشته از حالتهای سوئیچ می باشد . در طول یک حالت فرضی سوئیچ ماتریس سوئیچینگ همان حالت ارتباط را حفظ می کند . بخاطر اینکه تقاضای ترافیک کمتر از ظرفیت است فیلد ترافیک همچنین شامل یک فضای رشد است . مدت زمان ارتباط بین یک پرتو بالارو و یک پرتو پایین رو یک پنجره نامیده می شود. یک پنجره می تواند مدت زمان چندین حالت سوئیچ را طولانی ترکند .
۱-۳-۳ ساختار پنجره

شکل ۱-۱۰ طرز چیده شدن برست ها را در فاصله زمانی یک پنجره نشان می دهد . طبق شکل برست ها توسط ایستگاههای C,B,A در پنجره ای که متناسب با یک ارتباط از پرتو ۳ به پرتو ۲ است ارسال می شوند .هر برست ارسال شده توسط یک ایستگاه در مدت زمان پنجره مورد نظر از چندین زیربرست تشکیل شده است که شامل اطلاعات ایستگاه به ایستگاه می شود .

۱-۳-۴ تخصیص بسته ها در فریم
تخصیص برست ها در فریم باید استفاده از ترانسپوندرهای ماهواره را به حداکثر برساند زمانی که پنجره ها کاملا توسط برست های ترافیک اشغال می شوند ترانسپوندرها بهتر مورد بهره برداری قرار می گیرند و این فقط زمانی است امکان پذیر است که توزیع ترافیک بین پرتوها متوازن باشد اما عملا این اتفاق نمی افتد. ماتریس ترافیک طوری ایجاد می شود که تقاضای ترافیک را از یک پرتو به پرتو دیگر نشان دهد. به عنوان مثال برای یک ماهواره سه پرتوی (۱و۲و۳) این ماتریس در شکل نشان داده شده است که در اینجا txy تقاضای ترافیک را از پرتو x به پرتو y نشان می دهد .

مجموع هر ردیف یعنی (i=1,2,3)si ترافیکی را که توسط تمام ایستگاهها در پرتو I به سمت بالا ارسال می شود نشان می دهد . مجموع هر ستون یعنی (j=1,2,3)Ri ترافیک پرتوی را که در پرتو j به سمت پایین ارسال می شود نشان می دهد . در حالت توزیع متوازن ترافیک بین پرتوها ، مجموع Ri,SI مساوی باشند . در غیر اینصورت یکی از مجموع ها بزرگتر از دیگری می شود . خط متناظر با آن در ماتریس خط بحرانی نامیده می شود .
می توان نشان داد که حداقل زمان برای فرستادن برست های ترافیکی ارسال شده توسط تمام ایستگاهها ، زمانی است که برای ارسال ترافیک خط بحرانی ماتریس ترافیک در نرخ در نظر گرفته شده موردنیاز می باشد . الگوریتم های زیادی پر کردن فریم ها را به وسیله برست ها بطریقی که مدت زمان فیلد ترافیک فعال حداقل باشد امکان پذیر می کنند . طبقه بندی این الگوریتم ها در [MAR-87] آمده است .
یک شبکه SS-TDMA می تواند با تخصیص ثابت یا تخصیص بر حسب تفاضا کار کند . در تخصیص بر حسب تقاضا ، تغییرات ظرفیت اختصاص داده شده به ایستگاهها بوسیله تغییر طول برست همچون در TDMA بدست می آید. تغییر طول برست ایستگاه با تغییر موقعیت برست های ایستگاههای دیگر و در نتیجه تغییر در تخصیص برست های دیگر همراه می شود . سه نوع تغییر طرح زمانی برست وجود دارد .
– تغییر طرح زمانی برست بدون تغییر تخصیص مد سوئیچین

گ
– تغییر طرح زمانی برست که با تغییر تخصیص مد سوئیچینگ همراه است اما با تغییر ترتیب حالت سوئیچ همراه نیست
– تغییر طرح زمانی برست که با تغییر ترتیب حالت سوئیچ همراه است .
در مورد اول فقط ایستگاههای زمینی مطرح می باشند در دو مورد دیگر بار کردن اطلاعات حافظه واحد کنترل توزیع (DCU) توسط یک لینک با منظور خاص با توجه به ترتیب جدید حالت های جدید یا حالت های تخصیص مد جدید سوئیچینگ ضروری می باشد . تغییرات تخصیص در شروع یک فریم بزرگ به منظور تضمین همزمان سازی تغییر مابین تمام ایستگاهها و ماهواره اتفاق می افتد .
۱-۳-۵ همزمان سازی
در حالت برای همزمان سازی شبکه وجود دارد :
– همزمان سازی ایستگاههای زمینی
– همزمان سازی بخش زمینی با ماهواره
همزمان سازی ایستگاههای زمینی همانطور که در TDMA تک پرتوی از طریق یکی از روشها بیان شد انجام می شود. در روش حلقه بسته یک مشکل وجود دارد که ناشی از این حقیقت است که ایستگاههایی که یک پرتو را می فرستند برست های خود را که به پرتوهای دیگر ارسال شده اند دریافت نمی کنند و بدین ترتیب نمی توانند خطای موقعیتشان را اندازه گیری کنند یک راه حل این مشکل همزمان سازی حلقه بسته بسخورد مشترک نامیده می شود که مستلزم اندازه گیری خطای موقعیت در ایستگاه مقصد پرتو می باشد که این دستگاه بطور منظم مقدار خطای مشاهده شده در یکی از برست هایش را که مربوط به ایستگاه مبدا پرتو می باشد نشان می دهد . این روش ظرفیت قابل پذیرش فریم را کاهش می دهد و فقط در صورتی که تعداد پرتوها کم باشد می تواند استفاده شود . برای اینکه ظرفیت قابل پذیرش فریم با تعداد پرتو زیاد کاهش پیدا نکند استفاده از یک روش حلقه باز بهتر است .
همزمان سازی بخش زمینی با ماهواره مستلزم انتخاب مکان ساعت شبکه است . آیا این ساعت باید مانند TDMA بر روی زمین در ایستگاه مرجع باشد یا روی برد ماهواره با این حسن که مکانش در یک نقطه گره ی محرمانه قرار گیرد؟ قرار دادن ساعت در ایستگاه مرجع مستلزم یک دمدولاتور و یک مدل آشکار ساز کلمه روی برد ماهواره می باشد .

نصب ساعت روی برد ماهواره مستلزم یک دمدولاتور برای بخش این ساعت بر روی تمام پرتوها می باشد . در هر دو مورد به تجهیزات اضافی روی برد ماهواره نیاز می باشد و این می تواند بخاطر از کار افتادگی باشد . در حالتی که این ساعت روی برد ماهواره قرار گرفته است در مورد پایداری ساعت این تردید وجود دارد که آیا با توصیه G811,CT1TT که هم ساعتی بین شبکه ها و بدین ترتیب پایداری ۱۱-۱۰ را پیشنهاد می کند منطبق است ؟ یک راه حل در نظر گرفتن ساعت واحد کنترل توزیع به عنوان ساعت شبکه است.

ایستگاه مرجع نرخ این ساعت را مشخص و ارسال برست را همزمان می کند اصول کار در شکل ۱-۱۱ نشان داده شده است . ایستگاه مرجع برست دیگری را که برست اندازه گیری نامیده می شود قبل از برست مرجع ارسال می کند . در همزمان سازی حالت پایدار این برست در فیلد همزمان سازی فریم که بر دو مد نخست سوئیچ سوار می شود به ماهواره می رسد

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
wordقابل ویرایش - قیمت 4700 تومان در 42 صفحه
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد