CC BY
54
УДК 621.39:621.39.82
МНОГОСТАНЦИОННЫЙ ДОСТУП В СИСТЕМАХ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВЕЙВЛЕТ-ФУНКЦИЙ
А. В. Черноусов
АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
Е-mail: avchernousov@iss-rehsetnev.ru
Предложено использование вейвлет-функций для формирования широкополосного сигнала. Описан метод организации многостанционного доступа в системе передачи информации. Проведена оценка возможности реализации многостанционного доступа с использованием вейвлет-модулированного сигнала. Сделан вывод об эффективности предложенного метода.
Ключевые слова: многостанционный доступ, вейвлет функция, модуляция, CDMA.
MULTIPLE ACCESS IN SATELLITE COMMUNICATION SYSTEMS BY USAGE OF WAVELET FUNCTIONS
A. V. Chernousov
JSC "Academician M. F. Reshetnev "Information satellite systems" 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation Е-mail: avchernousov@iss-rehsetnev.ru
The article describes the usage of wavelet functions for wideband signals forming. This allows defining the new concept of organization of multiple access in communication system. The concept confirms the possibility of realization and its effectiveness by conducted research.
Keywords: multiple access, wavelet function, modulation, CDMA.
ХХ век характеризуется интенсивным развитием и ростом количества систем спутниковой связи (ССС), а также значительным увеличением транспондерной емкости и пропускной способности космического аппарата (КА). Это характерно для всех типов орбит. Так, согласно исследованиям [1], в 2011 году было запущено 100 КА связи, в 2012 - 84, 2013 - 98. К концу 2015 года планировался запуск еще 267 КА. При этом c 2013 по 2018 гг. совокупный прогнозируемый рост числа абонентов мобильной спутниковой связи составит 20 %.
Значительный рост числа ССС в совокупности с ограниченностью орбитально-частотного ресурса (ОЧР), ростом объема передаваемого трафика, отсутствием свободных точек стояния на геостационарной орбите (ГСО), создают актуальную научную задачу, состоящую в необходимости повышения эффективности использования выделенного ресурса связи.
Классическим способом решения данной проблемы является применение методов организации многостанционного доступа к каналам связи. В связи с этим данная работа посвящена анализу возможности реализации алгоритма многостанционного доступа с кодовым разделением в системе спутниковой связи с использованием сигналов, модулированных негармоническими вейвлет-функциями.
В настоящее время вейвлет-функции широко применяются для распознавания образов; при обработке и синтезе различных сигналов, например речевых, медицинских; для изучения свойств турбулентных полей и во многих других случаях. Однако при формировании сигналов с использованием данных функций в качестве модулирующих, можно значительно улучшить характеристики системы связи с точки зрения эффективности использования выделенного ресурса [2].
При оценке возможности реализации алгоритма многостанционного доступа с кодовым разделением в спутниковой системе связи рассматривались следующие исходные данные:
1. Количество вейвлет-функций - 6.
2. Формирующие параметры вейвлет-функции:
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 1
a. Fb = 1; Fc = 1.5;
b. Fb1 = 3; Fc1 = 4.5;
c. Fb2 = 0.5; Fc2 = 1.5;
d. Fb3 = 3; Fc3 = 7;
e. Fb4 = 4; Fc4 = 6;
f. Fb5 = 20; Fc5 = 32;
Алгоритм формирования вейвлет-модулированного широкополосного сигнала (ВМ ШПС) представлен на рисунке.
11нформшшон ныл ciirHai
генератор ПСП
Алгоритм формирования ВМ ШПС
Метод многостанционного доступа с кодовым разделением (CDMA) является практическим приложением к методам расширения спектра, которые можно разделить на две основные категории: расширение спектра методом прямой последовательности и расширение спектра методом скачкообразной перестройки частоты. В данной работе рассмотрена схема CDMA с прямой последовательностью [3].
Так как при CDMA абоненты используют весь частотно-временной ресурс, то принимающее устройство должно безошибочно распознавать исходное адресованное сообщение среди всего ансамбля принятых сигналов. Поэтому все кодовые последовательности, присваиваемые абонентам, должны обладать свойством ортогональности [4].
Для оценки ортогональности двух сигналов используется взаимно-корреляционная функция (R). Эта функция показывает степень «схожести» двух последовательностей (сигналов).
При формировании ВМ ШПС каждому абоненту может назначаться помимо ПСП еще и вейв-лет-функция. Оценка ортогональности ВМ ШПС на основе описанных ранее вейвлет-функций представлена в табл. 1, 2.
Таблица 1
Коэффициент взаимной корреляции ВМ ШПС на основе вейвлет функции Шеннона
при различных параметрах Fb, Fc
R Fb1 =3; Fc1 = 4.5 Fb2 = 0.5; Fc2 = 1.5 Fb3 = 3; Fc3 = 7 Fb4 = 4; Fc4 = 6 Fb5 = 20; Fc5 = 32
Fb = 1; Fc = 1.5 0,002 0,7181 0,00053 0,00099 0,00008
Fb1 = 3; Fc1 = 4.5 If ft 0,00087 0,1672 0,5791 0,00013
Fb2 = 0.5; Fc2 = 1.5 If II 0,00032 0,00051 0,00006
Fb3 = 3; Fc3 = 7 II II 0,7238 0,00013
Fb4 = 4; Fc4 = 6 II II 0,00014
Fb5 = 20; Fc5 = 32 II II
При оценке коэффициента взаимной корреляции [5], Анализ данных (табл. 1, 2) показал, что описанные выше вейвлет-функции обладают очень слабой взаимной корреляцией.
Таким образом, применяя ВМ ШПС при организации CDMA в системе связи можно более чем в 6 раз увеличить число одновременно обслуживаемых станций.
передача сигнала
Таблица 2
Коэффициент взаимной корреляции ВМ ШПС на основе различных вейвлет функций
R Гаусса Морлета (компл.) Мексиканская шляпа Мейера Морлета
Шеннона 0,0022 0,8742 0,0018 0,0004 0,0753
Гаусса к п 0,0004 0,7852 0,0153 0,1497
Морлета (комплексная) п п 0,000006 0,0079 0,0372
Мексиканская шляпа п п 0,0023 0,0213
Мейера п п 0,1256
Морлета II II
На основании сказанного, можно сделать вывод, что применение ВМ ШПС при организации CDMA в системах спутниковой связи позволяет значительно увеличить число одновременно обслуживаемых станций по сравнению с классическим методом формирования ШПС при помощи только ПСП.
Библиографические ссылки
1. Research report. 16th Satellite Communication & Broadcasting Markets Survey. Forecasts to 2018. Through & Beyond the Crisis // Euroconsult. 2009. 418 p.
2. Смоленцев Н. К. Основы теории вейвлетов. M. : ДМК Пресс, 2005. 304 с.
3. Спутниковые системы радиосвязи : учеб. пособие / П. Я. Сивирин, В. Г. Сомов, Н. А. Тес-тоедов и др. ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2013. 332 с.
4. Камнев В. Е., Черкасов В. В., Чечин Г. В. Спутниковые сети связи : учеб. пособие. М. : Аль-пина Паблишер, 2004. 536 с.
5. Orfanidis S. J. Optimum Signal Processing. An Introduction. 2nd Edition. Englewood Cliffs, NJ : Prentice-Hall, 1996. 468 p.
© Черноусов А. В., 2016
