РАСШИРЕНИЕ СФЕР ПРИМЕНЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ РАДИОМЕТЕОРНОЙ СВЯЗИ И СИНХРОНИЗАЦИИ

February 2, 2013 by admin Комментировать »

Антипов И. Е. Харьковский национальный университет радиоэлектроники пр. Ленина, 14, г. Харьков, 61166, Украина тел.: +380577002284, e-mail: i_ant@mail. ru

Аннотация – Рассмотрены возможности расширения радиуса действия метеорной связи и повышения её пропускной способности. Также показан способ снижения погрешности синхронизации эталонов времени по метеорному каналу.

I.                                       Введение

Метеорная радиосвязь, существующая благодаря отражению метровых волн от ионизированных метеорных следов в атмосфере Земли, известна с середины 50-х годов и достаточно хорошо изучена [1]. С её помощью можно передавать небольшие объёмы информации на расстояния до 2000 км при сравнительно небольшой средней мощности передающего устройства. В 60-х — 80-х годах значительный интерес к этому виду связи был обусловлен её скрытностью и устойчивостью к аномальным явлениям атмосфере как естественного, так и искусственного происхождения. Кроме того, высокая степень взаимности метеорного радиоканала (равенство времени прямого и обратного распространения сигнала по трассе) позволяет использовать его для высокоточного сличения шкал эталонов времени.

II.                               Основная часть

Один из наиболее существенных факторов, сдерживающих применение метеорной связи в настоящее время — низкое значение средней скорости передачи, которая составляет несколько десятков — сотни бит/с.

В рамках работы, выполненной автором, ставились задачи усовершенствовать методы исследования метеорного радиоканала, повысить пропускную способность и расширить области применение метеорной связи в современных условиях, а также уменьшить погрешность метеорной синхронизации шкал времени.

В области, касающейся методов исследования метеорного канала можно указать на полуактивные методы изучения метеорного радиоканала. Этому направлению посвящена статья в данном сборнике.

Теоретические и экспериментальные исследования по использованию сверхдальнего метеорного распространения, которое возможно за счёт двух отражений от метеорных следов и одного отражения от земной поверхности показали, что радиус действия этого вида связи может быть расширен до 3600 км. Оценки, полученные автором в [2] показывают, что при такой дальности коэффициент заполнения может составлять около 0,1 %.

Увеличение пропускной способности метеорного радиоканала может быть достигнуто за счёт более рационального использования его частотного и динамического диапазона. Последний изменяется по экспоненциальному закону по мере разрушения метеорного следа. Как показано в [3], теоретически достижимый объём информации, который может быть передан через метеорный след за всё время его существования, выражается как:

где ΔΡ – полоса пропускания канала, So/N – отношение сигнал-шум в месте приёма в момент формирования следа, г- постоянная времени рассеяния следа.

Предлагаемый метод интересен тем, что изменение скорости достигается без изменения полосы пропускания приёмного и передающего трактов. Оно происходит за счёт увеличения или уменьшения количества сигнальных позиций в сигнале с относительной фазовой модуляцией (ОФМ). В этом случае мгновенная скорость передачи (ступенчатая линия на рис.1), наилучшим образом приближается к теоретически достижимому пределу (1), показанном, кривой на рис.1. Как показано в [3], увеличение пропускной способности может достигать 50 % в сравнении с фиксированной скоростью передачи.

Рис. 1. Пропускная способность метеорного канала.

Fig. 1. The meteor burst channel throughput

Для более рационального использования начального интервала времени существования следа, когда неизвестно отношение сигнал-шум, предлагается способ кодирования, позволяющий извлекать из сигнала такой объём информации, который данное отношение сигнал-шум позволяет. Алгоритм передачи, предусматривающий подтверждение каждого принятого информационного пакета, даёт возможность повторить непринятую часть информации. Указанный способ кодирования заключается в использовании ОФМ с неравномерным кодовым расстоянием (рис. 2).

Та часть информации, которая кодируется с большим кодовым расстоянием (di), оказывается более помехоустойчивой и извлекается даже при малом отношении сигнал-шум. При большем отношении оказывается возможным извлечение информации, закодированной с меньшим кодовым расстоянием (d2). Это позволяет в среднем на 40 % увеличить объём данных, передаваемых в первом информационном пакете.

В ряде случаев можно рассмотреть целесообразность использования метеорной связи без обратного канала. Передаваемая информация должна многократно повторяться, чтобы обеспечить требуемую вероятность доставки сообщений. Но отсутствие обратного канала избавляет от необходимости устанавливать передатчик в приёмном пункте, что позволяет сделать приёмное оборудование малогабаритным и даже переносным. Подобный канал связи может быть альтернативой спутниковому пейджеру.

Рис. 2. ОФМ с неравномерным кодовым расстоянием.

Fig. 2. DPSK with non-uniform code distance

Касаясь вопросов синхронизации, основанных на использовании метеорного радиоканала, необходимо указать, что погрешность синхронизации достаточно высока (практически действует система с погрешностью 20 не), а система автономна [1]. Дополнительно снизить погрешность синхронизации поможет учёт релятивистских поправок, рассчитываемых исходя из положения метеорного следа в пространстве. Определить положения следа можно используя метод, предложенный в [4]. Суть метода состоит в том, что по углам, измеренным из двух пунктов, определяется его пространственное положение.

III.                                   Заключение

Обобщение сказанного выше позволяет утверждать, что возможности метеорной связи в настоящее время используются не полностью и у этого вида связи существуют перспективы развития.

Совершенствование методов кодирования и модуляции, а также разработка новых алгоритмов работы систем метеорной связи сможет способствовать расширению сфер ёе применения.

IV.                            Список литературы

[1]  Кащеев Б. П., Бондарь Б. Г., Коваль Ю. А. и др. Метеоры сегодня.- Киев: Техника, 1996.- 196 с.

[2]  Антипов И. Е. О сверхдальнем метеорном распространении метровых волн // Радиотехника: Всеукр. межвед. научн.-техн. сб. 2000. Вып.113. С. – 14-17

[3]  Антипов И. Е. Повышение пропускной способности метеорного радиоканала путём применения переменной скорости передачи данных // Радиотехника, Всеукр. Межвед. научн.-техн. сб. 2004, Вып 137, С. 130-134.

[4]  Способ определения координат метеорного следа Патент Украины 67664 А 15.06.04 Бюл N 6

EXPANSION OF THE APPLICATION FIELDS AND DEVELOPMENT PERSPECTIVES OF METEOR BURST RADIO COMMUNICATION AND SYNCHRONIZATION

Antipov I. E.

Kharkov National University of Radioelectronics Lenin av. 14, Kharkov, 61166, Ukraine Ph.: (+38057) 7002284, e-mail: i_ant@mail.ru

Abstract – Considered in this paper are the opportunities of expansion of meteor burst communication active radius and the methods of increasing its throughput. The approach is shown, that makes possible to decrease error of time standard synchronization through meteor burst channel.

I.                                         Introduction

The meteor burst communication is based on radiowaves reflection from the ionized meteoric trails [1]. It is possible at distances up to 2000 km using short packages. Using meteor burst channel for the time scale synchronization is possible due to high stability and reciprocity of the channel.

II.                                        Main Part

The low average throughput of meteor burst communication channel (up to 10…100 bps) is the most essential factor constraining its use. Increasing of meteor burst channel throughput is achieved by better use of the channel’s frequency and dynamic range. As is shown in [3], the upper limit of the information volume, which can be transmitted through a single meteor trail, is expressed by (1). The method suggested in this paper provides data transfer rate increasing without bandwidth change in receiving and transmitting devices. It is achieved by increasing or decreasing the number of signal positions in key signal with differential phase shift. For the method suggested instant transfer speed (step line on fig.1), approaches theoretical limit (1), (curve on fig.1). The throughput increase can reach 50 %.

This method allows extracting different information content from the signal, depending on the signal-to-noise ratio at the reception point. The use of a differential phase shift keying with varying code distance (fig. 2) is proposed. As the result, the data volume transmitted in the first package of the trail, increases up to 40 % (on the average).

In some cases it is possible to use meteor burst communication without return channel. The information should be transmitted repeatedly in order to ensure required probability of the message delivery. This communication channel is a good alternative for satellite pager.

The time scale synchronization error can be reduced provided spatial location of the meteor trail is known [4].

III.                                       Conclusions

It is possible to state that the capabilities of meteor burst communication are not used in corpore. This kind of communication is rather promising.

Coding and modulation methods improvement, as well as new algorithm development for meteor burst communication systems can make fot the expansion of its application spheres.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты