Курсовая работа (т): Анализ сигнала HFDL

Анализ сигнала HFDL

Минобрнауки россии

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Череповецкий государственный университет»

СМК Ф 7.5.0-01-33

Институт (факультет) Информационных технологий

Кафедра Информационной безопасности

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: Схемотехника телекоммуникационных устройств

на тему: Анализ сигнала HFDL

Выполнил студент группы

ИТСб-00-31ОП

Москвина Анастасия Владимировна

Руководитель

Сивоконь Игорь Анатольевич

Череповец, 2016

Введение

Связь HFDL доступна для авиакомпаний уже более десяти лет, и за это время уровень ее использования возрос в среднем на 20 процентов в год.

Более 76 авиакомпаний и 2000 с лишним самолетов, оборудованные системой связи HFDL, отправляют 4 700 000 сообщений в месяц. Растет число новых самолетов, которые строятся с HFDL, доступным в качестве дополнительного средства связи, и все больше авиакомпаний указывают этот протокол.

Корпорация "Авиационное радио" подтверждает, что высокочастотные линии передачи данных (HFDL) для воздушного транспорта активно внедряются и считаются настоящей, реальной альтернативой спутниковой связи на многих маршрутах большой дальности.

Интерес, в частности, обусловлен способностью сигнала поддерживать ВЧ связь на самолетах местных авиалиний в районах, где трудно сделать экономическое обоснование необходимости открытия альтернативных наземных станций, как это часто бывает в развивающихся странах и удаленных районах больших стран, таких как Россия и Африка, например. В этой курсовой работе описывается оборудование, используемое для передачи сигнала , режимы работы, в которых функционирует сигнал, и его характеристики.

Глава 1. Теоретические сведения

Основная информация.

Высокочастотная система передачи данных широко используется в авиации для передачи текущих координат и прочей полезной информации, существует целая сеть наземных станций работающих с бортами самолетов.

Технология выбора канала связи в сети HFDL основана на частотном и пространственном разнесении, а также на использовании динамического управления частотами наземных станций на основе глобальной системы зондирования.

Наряду с ВЧ и спутниковой связью HFDL является частью портфеля услуг GLOBALink, предоставляемых Корпорацией "Авиационная связь" (ARINC) для поддержки доступа к стандартным двусторонним системам передачи данных воздух-земля ACARS. ARINC была первой компанией, предложившей обслуживание HFDL, и до сих пор остается единственным поставщиком с глобальным покрытием - и это одна из самых сильных сторон этой технологии.

ВЧ каналы связи очень эффективны в диапазонах по линии прямой видимости в континентальном воздушном пространстве. Однако разместить ретрансляционные станции в океанах или в ненаселенных регионах - полюсах, Сибири физически невозможно.

Геостационарные спутниковые системы обеспечивают кругосветный охват, но не достигают полюсов. На низкой околоземной орбите спутники пролетают над полюсами, но система до сих пор не широкого распространения в авиатранспортной отрасли. Только HFDL может предложить сочетание глобального покрытия и значительного парка установленного оборудования.

частота наземный станция связь

1.1 Технические характеристики HFDL

Обслуживание HFDL Корпорацией "Авиационная связь" обеспечивает широкую зону доступа за счет сети из 15 наземных станций, охватывающей большую часть поверхности Земли, - около 168 миллионов квадратных миль, включая оба полюса - и с перекрытием зон покрытия, что обеспечивает высокий уровень непрерывности обслуживания в случае остановки работы станции.

Как правило, система имеет 100-процентную доступность - это результат постоянного инвестирования ARINC в инфраструктуру и взятого на себя долгосрочного обязательства сделать сервис доступным.

В прошлом старое КВ радио пользовалось репутацией ненадежного, при всех его возможностях загоризонтного охвата, зависящих от преломления заведомо переменной ионосферы. При несоответствующих условиях бортрадист мог снова и снова повторять попытки связи, которые все равно не увенчивались успехом.

Современная цифровая обработка сигнала в корне изменила эту ситуацию.

Последние новшества программного обеспечения в HFDL радио, предлагаемые лидерами рынка Авионики, свидетельствуют о том, что уровень успешной передачи сообщений сопоставим с услугами ВЧ и спутниковых каналов связи. И когда дело доходит до рабочей нагрузки на экипаж, радиостанции справляются с различными условиями распространения путем автоматического сканирования и выбора наилучшей частоты для использования в любой момент времени.

Эти гибкие, интеллектуальные бортовые системы обслуживаются наземной сетью с большой емкостью, позволяющей вместить будущий прирост трафика и обладающей устойчивостью, которая позволяет справиться с опасными природными явлениями, могущими повлиять на распространение КВ.

Структура сети предусматривает наличие до четырех каналов на одну наземную станцию. В настоящее время на 13 из 15 установок используется только по два канала, а на двух станциях работают по три канала. Идет постоянный мониторинг нагрузки трафика. По мере необходимости пропускная способность может быть увеличена.

По сравнению с КВ-речевой связью технология HFDL является принципиально менее уязвимой к негативному воздействию солнечных бурь. Поскольку для HDFL требуется вдвое меньше пропускной способности, HDFL будет оставаться в строю и тогда, когда голосовая КВ связь не будет работать,

1.2 Описание системы HFDL

Система HFDL включает в себя одну или несколько подсистем наземных и бортовых станций, которые реализуют протокол HFDL. Система HFDL также включает наземную подсистему административного управления.

Подсистема бортовых станций HFDL и подсистема наземных станций HFDL выполняют следующие функции:

а) ВЧ-передачу и прием,

б) модуляцию и демодуляцию данных и

в) реализацию протокола и выбор частоты HFDL.

Требования к обязательному наличию на борту оборудования HFDL определяются на основе региональных аэронавигационных соглашений, в которых устанавливается воздушное пространство, его применение и сроки внедрения.

Подсистемы наземных станций HFDL должны взаимодействовать через общую подсистему административного управления.

Примечание. Тем самым обеспечивается распределенная подсеть с пунктом подключения к подсети в зависимости от метода реализации, которая позволяет поддерживать соединение виртуальных каналов по мере перехода бортовых станций из одной назначенной эксплуатационной зоны действия в другую. Распределение может осуществляться на межрегиональной или глобальной основе.

Синхронизация подсистем наземных станций HFDL осуществляется в течение ±25 мс UTC. В отношении любой станции, не работающей в течение ±25 мс UTC, дается соответствующее уведомление всем подсистемам бортовых и наземных станций для обеспечения непрерывной работы системы.

Коэффициент необнаруженных ошибок в пакете пользователя сети, который занимает 1-128 октетов данных пользователя, составляет 1 × 10−6 или менее.

1.3 РЧ-характеристики физического уровня

Бортовые и наземные станции имеют доступ к физической среде в симплексном режиме.

ПОЛОСЫ ЧАСТОТ:

Оборудование HFDL может работать на любой несущей (опорной) частоте одной боковой полосы (ОБП),выделенной авиационной подвижной (R) службе в полосе 2,8-22 мГц, и в соответствии с надлежащими положениями Регламента радиосвязи.

КАНАЛЫ:

Каналы используются в соответствии с таблицей несущих (опорных) частот приложения 27 к Регламенту радиосвязи.

БОКОВАЯ ПОЛОСА:

Для передачи используется боковая полоса, расположенная выше ее несущей (опорной) частоты.

МОДУЛЯЦИЯ:использует М-фазовую манипуляцию для модулирования высокочастотной несущей на присвоенной частоте . Скорость передачи символов составляет 1800 символов в секунду ±10 частей на миллион (т. е. 0,018 символов в секунду).

НЕСУЩАЯ М-фазной манипуляции:

Несущая математически выражается следующим образом:

(t) = АΣ(p(t-kT) cos [2πf0t + φ(k)]), k = 0,1....,N-1,

где N - количество символов в переданном блоке данных протокола физического уровня ;(t) - аналоговая форма волны или сигнал в момент t;

А - максимальная амплитуда;- несущая (опорная) частота + 1440 Гц;

Т - период обработки символа (1/1800 с);

φ(k) - фаза k-символа;(t-kT) - форма импульса k-символа в момент t.

Примечание. Количество переданных символов N, определяет длину (продолжительность = NT с)

ФОРМА ИМПУЛЬСА:

Форма импульса, p(t), определяет спектральное распределение передаваемого сигнала. Применяется следующее преобразование Фурье формы импульса, P(f):

(f) = 1, если 0 < | f | < (1 - b)/2T;(f) = cos {π(2| f |T - 1 + b)/4b}, если (1 - b)/2T < | f | < (1 + b)/2T;(f) = 0, если | f | > (1 + b)/2T,

где параметр спектрального спада, b = 0,31, выбирается таким образом, чтобы точки в -20 dB сигнала приходились на несущую (опорную) частоту + 290 Гц и несущую (опорную) частоту + 2590 Гц, а отношение максимальной мощности к средней мощности формы волны составляла менее 5 dB.

СТАБИЛЬНОСТЬ ПЕРЕДАТЧИКА:

а) ± 20 Гц для подсистем бортовых станций HFDL и

б) ± 10 Гц для подсистем наземных станций HFDL.

СТАБИЛЬНОСТЬ ПРИЕМНИКА:

Стабильность основной частоты при обеспечении функции приема является такой, что при осуществлении функции передачи, общая разница частот между наземной и бортовой функциями, достигаемая в условиях эксплуатации, не превышает 70 Гц.

ЗАЩИТА:

Отношение полезный сигнал/нежелательный сигнал 15 дБ применяется для защиты присвоений одних и тех же каналов для HFDL для следующих видов связи:

а) передача данных - передача данных,

б) передача данных - речевая связь ;

в) речевая связь - передача данных.

ПРИСВОЕННАЯ ЧАСТОТА:

Присвоенная HFDL частота на 1400 Гц выше несущей (опорной) частоты.

Примечание. Обычно присвоенная HFDL частота смещается относительно несущей (опорной) частоты на 1400 Гц. Несущая HFDL при цифровой модуляции смещается относительно несущей (опорной) частоты на 1440 Гц. Цифровая модуляция полностью обеспечивается в пределах той же общей ширины полосы канала, что и для речевого сигнала.

ПРЕДЕЛЫ ИЗЛУЧЕНИЯ:

Для передатчиков бортовых и наземных станций HFDL максимальная мощность огибающей (Рр) любого излучения на любой дискретной частоте составляет меньше максимальной мощности огибающей (Рр) передатчика согласно следующему :

а) на любой частоте между 1,5 и 4,5 кГц ниже присвоенной HFDL частоты и на любой частоте между 1,5 и 4,5 кГц выше присвоенной HFDL частоты: по крайней мере 30 дБ;

б) на любой частоте между 4,5 и 7,5 кГц ниже присвоенной HFDL частоты и на любой частоте между 4,5 и 7,5 кГц выше присвоенной HFDL частоты: по крайней мере 38 дБ;

в) на любой частоте менее 7,5 кГц ниже присвоенной HFDL частоты и на любой частоте более 7,5 кГц выше присвоенной HFDL частоты:

) передатчики бортовых станций HFDL: 43 дБ;

) передатчики наземных станций HFDL мощностью до 50 Вт включительно: [43 + 10 log10Pp(W)] дБ;

) передатчики наземных станций HFDL мощностью более 50 Вт: 60 дБ.

МОЩНОСТЬ:

Оборудование наземной станции. В соответствии с приложением 27 к Регламенту радиосвязи максимальная мощность огибающей (Рр), подводимая к линии питания антенны, не превышает максимального значения 6 кВт.

Оборудование бортовой станции. Максимальная мощность огибающей, подводимая к линии питания антенны, не превышает 400 Вт, за исключением случаев, когда действует требование приложения 27/62 к Регламенту радиосвязи.

ПОДАВЛЕНИЕ НЕЖЕЛАТЕЛЬНЫХ СИГНАЛОВ:

Для приемников бортовых и наземных станций HFDL нежелательные входные сигналы ослабляются согласно следующим положениям:

а) на любой частоте между fc и (fc - 300 Гц) или между (fc + 2900 Гц) и (fc + 3300 Гц): по крайней мере на 35 дБ ниже максимума полезного сигнала;

б) на любой частоте менее (fc - 300 Гц) или более (fc + 3300 Гц): по крайней мере на 60 дБ ниже максимума полезного сигнала, где fc - несущая (опорная) частота.

На физическом уровне выполняются следующие функции:

а) управление передатчиком и приемником,

б) передача данных ;

в) прием данных.

Физический уровень HFDL осуществляет переключение и настройку на частоту передатчика/приемника по команде, поступающей с канального уровня. Физический уровень выполняет манипуляцию передатчиком по запросу канального уровня на передачу пакета.

ВРЕМЯ ПЕРЕХОДА ПЕРЕДАТЧИК - ПРИЕМНИК:

Уровень передаваемой мощности ослабляется по крайней мере на 10 дБ в течение 100 мс после завершения передачи. Подсистема станций HFDL способна принимать и демодулировать с номинальными характеристиками поступающий сигнал в течение 200 мс с момента начала последующего интервала приема.

ВРЕМЯ ПЕРЕХОДА ПРИЕМНИК - ПЕРЕДАТЧИК:

Подсистема станций HFDL обеспечивает номинальную выходную мощность в пределах ± 1 дБ, подводимую к линии питания антенны в течение 200 мс с момента начала интервала передачи.

ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ:

Передача данных осуществляется с использованием метода много станционного доступа с временным разделением каналов. Подсистемы наземных станций HFDL обеспечивают синхронизацию кадров и окон для системы HFDL. Для обеспечения синхронизации окон каждый модулятор ВЧ-линии передачи данных начинает выдавать предсимвольный сегмент в начале временного окна ± 10 мс.

РАДИОВЕЩАТЕЛЬНЫЕ ПЕРЕДАЧИ:

Подсистема наземных станций HFDL осуществляет радиовещательную передачу блока данных протокола самогенерируемого сигнала каждые 32 с на каждой рабочей частоте.

ПОИСК ЧАСТОТЫ:

Каждая бортовая станция HFDL автоматически осуществляет поиск присвоенных частот до тех пор, пока она не обнаружит рабочую частоту.

ПРИЕМ НА ФИЗИЧЕСКОМ УРОВНЕ:

Приемник ВЧ-линии передачи данных обеспечивает обнаружение, синхронизацию, демодуляцию и декодирование, модулированных в соответствии с формой волны, при условии следующих искажений:

а) сдвиг звуковой несущей частоты 1440 Гц в диапазоне ±70 Гц;

б) искажение, обусловленное дискретным и/или диффундированным многолучевым распространением при многолучевом распространении до 5 мс;

в) амплитудное затухание, обусловленное многолучевым распространением, при двустороннем разбросе относительно доплеровской частоты до 2 Гц и с учетом статистики Рэлея;

г) аддитивный гауссов и широко-спектральный импульсивный шум с различной амплитудой и произвольным временем поступления.

ДЕКОДИРОВАНИЕ НА ФИЗИЧЕСКОМ УРОВНЕ:

После получения сегмента преамбулы приемник:

а) обнаруживает начало пакета данных;

б) измеряет и корректирует сдвиг частоты между передатчиком и приемником вследствие доплеровского сдвига и сдвига частоты приемопередатчика;

в) определяет скорость передачи данных и значения перемежителя для использования в процессе демодуляции данных;

г) обеспечивает синхронизацию символов PSK;

д) тренирует эквалайзер.

СИНХРОНИЗАЦИЯ:

Каждая подсистема бортовых станций HFDL синхронизует свой интервал окна с интервалом окна соответствующей наземной станции относительно времени приема последнего полученного протокольного поля данных.