Курсовая работа (т): Анализ сигнала HFDL

Ниже изображен рисунок, показывающий требуемые пределы спектра для передачи бортовых и наземных станций.

Рис. 1

Система HFDL позволяет обмениваться информацией между землей и воздухом находящихся на большом расстоянии друг от друга. Четыре отдельные подсистемы включают систему HFDL:) Станционная подсистема самолета HFDL;

б) Подсистема наземной станции HFDL;

в) HFDL основывает коммуникационную подсистему;

г) HFDL основывает управленческую подсистему.

Станционная подсистема самолета (рисунок 2) включает самолет, оборудование HFDL и бортовые элементы из протокола HFDL. Она обеспечивает доступ к авиационной линии передачи данных воздушных судов. Следующие основные компоненты являются частью воздушного судна станции подсистемы:

а) передача HFDL и блок данных КВ ;

б) модуляции данных и демодуляции;

в) протокол HFDL и выбор частоты;

г) Интерфейс к процессору связи бортовых данных.

система способна на борту воздушного судна обслуживаться одним из нескольких способов, в зависимости от оборудования, которое в настоящее время установлено на борту воздушного судна.

1.4 Возможности HFDL

а) установка блока ВЧ данных , который обеспечивает интерфейс между блоком управления и обычным голосовым радио;

б) установка обновления сервисного бюллетеня в существующий радиотелефон, который добавляет КВ радио-данные в одну линию сменного блока и предоставляет интерфейсы ;

в) установка высокочастотных пеленгаций.

1.5 Радиооборудование ВЧ

Блок схема передатчика простого ВЧ /приемника показана на рисунке 3. Следует отметить, что, в то время как это оборудование использует один промежуточный продукт частоты (ПЧ), на практике большинство современных самолетов КВ радиостанции являются гораздо более сложными и используют два или три промежуточных частоты.

В режиме передачи ,подавленная несущая производится с помощью сбалансированного этап модулятора. Сбалансированный модулятор отклоняет носитель и его выход включает в себя только верхнюю и нижнюю боковые полосы. Сигнал затем пропускается через многоступенчатый кристалл или механический фильтр. Этот фильтр имеет очень узкую полосу пропускания (как правило, 3,4 кГц) на промежуточной частоте ,это и отвергает нежелательные боковые полосы. Результирующий сигнал ОБП затем смешивают с сигналом от цифрового синтезатора частоты для получения сигнала на требуемый канал. Выход из смесителя далее дополнительно усиливается перед поступлением в выходной каскад. Следует отметить, что, чтобы избежать искажений, все этапы должны работать в линейном режиме.

Рис. 3

При использовании устройства в режиме приема сигнала, частота смешивается с выходом цифрового синтезатора частот, для получения промежуточной частоты сигнала. Ненужные соседние сигналы канала удаляются с помощью другого многоступенчатого кристалла или механического фильтра, который имеет полосу пропускания, аналогичную используемою в передатчике. Сигнал ПЧ усиливается, прежде чем перейдет в демодулятор.

Сигнал несущей частоты происходит от точного кристалла, под контролем несущей генератор работает на частоте ПЧ. Восстановленный звуковой сигнал от демодулятора затем передается в звуковой усилитель, где он усиливается до соответствующего уровня для перехода к громкоговорителю.

Типичная спецификация для летательного аппарата ВЧ радио показана в таблице 1. Один или два радио этот тип, как правило, установлен в крупном коммерческом самолете (обращаю ваше внимание на то, что по меньшей мере одно КВ радио является требованием для любого воздушного судна для заокеанских маршрутов).

Таблица 1

1.6 Технология HFDL

Технология HFDL наилучшая в смысле надежности связи, спектральной и экономической эффективности системы пакетной связи "Воздух-Земля", в которой большое количество самолетов (до 2500) обслуживается малым количеством частотных каналов (до 48-60) и наземных станций (до 16) в режиме множественного доступа с временным и частотным разделением. HFDL определяет как процедуры составления канала с автовыбором рабочей частоты, так и все остальные процедуры автоматического ведения связи на всех уровнях (физическом, канальном и подсети) с многопараметрической адаптацией радиолинии по частоте, скорости передачи, видам модуляции и кодирования, а также по пространственному разнесению наземных станций, гарантирующие достоверность. В системе HFDL используется один и тот же набор частот для составления канала и ведения связи. Высокая спектральная эффективность системы достигается благодаря использованию комбинированного протокола множественного доступа к каналу с частотным и временным разделением. Протокол частотного разделения обеспечивается тем, что разные частотные каналы (от двух до шести) назначаются разным ВЧ наземным станциям (ВЧ НС). Временной протокол обеспечивается тем, что время использования каждого частотного канала разбивается на 32-х секундные кадры, а каждый кадр разбивается на 13 временных слотов доступа длительностью 2,461538 с, равной времени передачи одного пакета данных 2,343888 с плюс 117,65 мс на неопределенность времени задержки распространения и рассинхронизм в радиолинии. На всех частотах ВЧ наземные станции периодически излучают сигналы маркеров, качество которых оценивают самолеты при выборе частоты связи. Самолет выбирает для связи любой канал, качество сигнала маркера которого является приемлемым или наилучшим, регистрируется на этом канале на наземной станции и ведет на нем связь до тех пор, пока качество канала отвечает требуемому уровню. Один канал связи могут выбрать несколько самолетов и зарегистрироваться на нем. Каждый ВЧ канал HFDL системы используется всеми зарегистрированными на нем самолетами в режиме множественного доступа с временным разделением. Управление временным протоколом обеспечивает ВЧ наземная станция, передавая в сигналах маркеров назначения слотов, резервируемых по запросам от бортов, слотов случайного доступа и слотов для передач с "земли". ВЧ наземная станция прогнозирует системные характеристики (задержку передачи пакета) на каждом своем частотном канале и выставляет флаг занятости канала в маркере, когда критическое число самолетов зарегистрировалось на канале, чтобы прекратить доступ к нему новых корреспондентов и гарантировать заданные системные характеристики (задержку передачи пакета не более допустимой). Простота прогнозирования системных характеристик в системе HFDL во многом определяется тем, что все сообщения в системе (вызывные и связные) имеют одинаковую стандартную длительность, равную слоту и передаются по единому временному протоколу на общем наборе частот. В зависимости от качества канала и объема передаваемых данных в сообщении выбирается оптимальный вид многопозиционной фазовой манипуляции и кодирования. При этом меняется скорость передачи данных пользователя, но длительность сообщения и символьная скорость 1800 Бод не меняются.

Глава 2. Практические выводы и ответы на вопросы

.1 Основная сеть станции и распространения ВЧ

Опыт работы с высокочастотным сигналом, а так же испытания и исследования показали, что оптимальная конструкция для всемирной системы требует, чтобы наземные станции были расположены, так чтобы воспользоваться характером ВЧ среды , а не жесткими структурами на основе геополитических границ, таких, которые используются в традиционных РПИ. Эта методология зависит от отхода от традиционных подходов к предоставлению услуг на основе ВЧ-АТС.

Факторы для определения HFDL наземных станций :

а) охват связи авиационных маршрутов, требующих поддержки HFDL;

б) способность сайта, чтобы обеспечить авиационные частоты;

в) наличие приемлемых средств передачи и приема КВ;

г) наличие и стоимость телекоммуникационных соединений;

д) интерес и сотрудничество между операторами наземных станций.

С применением концепций повторного использования частот в сети, приблизительно шестнадцать станций должны быть в состоянии обеспечить покрытие на всемирной основе с более чем 99,4 % системы доступность и способность к более чем 2 000 самолетов.

2.2 Охват HFDL

Покрытие ВЧ резко меняется для любой наземной станции. На любой распространяющейся частоте, можно разработать контуры силы сигнала, в зависимости от расстояния от указанного передатчика.

Совокупный охват нескольких частот должен быть использован для получения нужного охвата радио. Средний диапазон охвата изменяется в зависимости от времени суток, времени года, и среднего числа солнечных пятен. Фактическое покрытие варьируется из-за краткосрочных ионосферных эффектов которые не являются предсказуемыми. Покрытие на фиксированной частоте растянуто в направлении противоположных градиентов плотности электронов, так что это означает, что к экватору охват, как правило, меньше, чем полюсу покрытия, и ночной образ жизни охват больше, чем охват в полдень. Покрытие зависит от высоты ионосферного слоя, который контролирует процесс преломления. Важно осознать, что хотя высокий слой контролирует максимальный охват для HFDL, электронная плотность в "точке преломления" внутри слоя контролирует наибольшую частоту для которой означает, что покрытие может быть достигнуто. Дневные концентрации электронов выше, чем ночные значения, и это означает, что дневные критические частоты также выше, вместе с соответствующими суммами МПЧ. Поскольку высота слоя и критической частоты изменения подтверждаются в реальных операциях, и не являются в полной мере учитывающимися в срединных моделях, то видно, что покрытие на определенном наборе частоты изменяются в порядке, и не подлежат точному прогнозированию.

Важно признать, что одна частота не является достаточным условием для линии связи в течение длительного периода времени. Есть два компонента изменчивости: ионосферная изменчивость и, связанной с изменениями по местному времени в ионосфере точке преломления и изменчивости, связанной с изменениями в пути. Оба фактора находятся в эксплуатации для обслуживания сигнала. Для фиксированных линий, нам нужно быть обеспокоенными только с суточными колебаниями, которые являются довольно медленными для неподвижных платформ, за исключением того, во время восхода и захода солнца есть периоды.

2.3 Достоинства

Когда для отправки используется голосовое сообщение, несущее информацию о местоположении путевой точки, существует вероятность ошибок оператора ,в процессе оператор расшифровывает отчет. Ошибки данных в HFDL практически исключены за счет использования циклического избыточного кода , контрольная сумма добавляется к каждому пакету. Контрольная сумма кода позволяет системе автоматически обнаруживать все комбинации битовых ошибок в пакете меньше, чем 17 бит в ширину, с вероятностью менее 1 в 10 миллионов не обнаруживать всплески ошибок шире, чем 17 бит. Пакеты, полученные с ошибками отбрасываются и не признаются. Неподтвержденные пакеты автоматически передаются повторно.использует те же 16-битные контрольные суммы, как те, что используются другими авиационными системами данных, таких как SATCOM и УКВ-связь данных. Следовательно, достигаемый уровень целостности данных является тем же самым.

Проанализировав теоретические сведения можно сказать что, технология HFDL обеспечивает максимальную эффективность использования ограниченного разрешенного для связи набора частот, поскольку обеспечивает обслуживание большого количества самолетов на одном частотном канале (в среднем до 26 корреспондентов) и использует один набор частот, как для связи, так и для вызова. Эта технология автоматического ведения адаптивной ВЧ радиосвязи обеспечивает комплексное использование всех перспективных технологий ВЧ связи, что делает ВЧ радиоканал привлекательным и эффективным средством дальней связи по надежности, простоте, удобству использования, пропускной способности сравнимым со спутниковым каналом, но на один-два порядка более дешевым .

2.4 Схема обмена пакетными данными HFDL

С учетом преимуществ HFDL системы передачи пакетных данных HFDL для организации связи "Воздух-Земля" в сравнении со всеми известными на данный момент системами связи она принята за прототип предлагаемой авиационной ВЧ системы обмена пакетными данными.

Структурная схема ВЧ системы обмена пакетными данными HFDL приведена на рисунке 4, где обозначено:

- ВЧ бортовая станция (ВЧ БС);

- ВЧ наземная станция (ВЧ НС);

- центр управления (ЦУ) ВЧ системой обмена данными;

- диспетчерский пункт управления воздушным движением и авиалинией (УВД и УАЛ);

- подсистема наземной связи, используемая ВЧ системой HFDL;

- интерфейс ВЧ НС с подсистемой наземной связи;

- интерфейс центра управления с подсистемой наземной связи;

- интерфейс пунктов УВД и УАЛ с подсистемой наземной связи;

- ВЧ радиоканал "Воздух-Земля" между ВЧ НС (2) и ВЧ БС (1)

Рис. 4: ВЧ бортовые станции (1) связаны через ВЧ радиоканалы (9) с ВЧ наземными станциями (2), соединенными через интерфейсы (6) с подсистемой наземной связи (5), которая в свою очередь соединена через интерфейсы (7) с центром управления (3), а через интерфейсы (8) с диспетчерскими пунктами УВД и УАЛ (4)

Пользователями системы HFDL являются диспетчерские пункты УВД и УАЛ (4) на земле и бортовое радиоэлектронное оборудование на самолете, связанное с ВЧ бортовой станцией через бортовой маршрутизатор.

Структурная схема ВЧ бортовой станции (1) представлена на рисунке 5, где обозначено:

- бортовой ВЧ приемопередатчик HFDL;

- бортовое антенно-согласующее устройство (АСУ);

- бортовая ВЧ антенна;

- пульт управления приемопередатчиком (ПУ);

- бортовой маршрутизатор (БМ);

- устройство управления ВЧ обменом данными;

- ВЧ приемопередатчика ARINC 719.

Рис. 5

Причем бортовой ВЧ приемопередатчик HFDL (10) состоит из ВЧ приемопередатчика ARINC 719 (16) и устройства управления ВЧ обменом данными (15), содержащего в себе модем и контроллер протоколов обмена данными HFDL.

При этом ВЧ приемопередатчик (16) подключен с одной стороны к АСУ (11), а с другой стороны к устройству управления ВЧ обменом данными (15). Устройство управления ВЧ обменом данными (15) подключено с одной стороны к ВЧ приемопередатчику (16), а с другой стороны к пульту управления (ПУ) (13) радиостанцией и к бортовому маршрутизатору (БМ) (14). АСУ (11) подключено с одной стороны к бортовому ВЧ приемопередатчику (16), с другой стороны к ВЧ бортовой антенне (12).

Конструктивно устройство управления ВЧ обменом данными (15) может быть выполнено как в виде самостоятельного блока, подключаемого внешне к ВЧ приемопередатчику (16), так и в виде субблока или плат, встраиваемых внутрь приемопередатчика (16).

ВЧ бортовая станция (1) связана с бортовым маршрутизатором (БМ) (14) . который доводит (получает) пакетные сообщения до бортовых источников/получателей информации (бортового радиоэлектронного оборудования) типа многофункционального пульта управления, дисплея, принтера, компьютера, системы технического обслуживания, системы самолетовождения, системы электронной индикации и сигнализации, навигационной системы и т.п. Бортовой маршрутизатор (14) связан не только с ВЧ бортовой станцией (1), но и с бортовыми станциями других диапазонов частот.

На каждой ВЧ бортовой станции (1) по результатам оценки качества приема сигналов маркеров выбирают лучшую частоту связи (ВЧ радиоканал "Воздух-Земля" ).

Каждую ВЧ бортовую станцию (1) регистрируют на выбранном ею ВЧ канале на соответствующей этому каналу ВЧ наземной станции , производят обмен пакетными данными в режиме временного разделения через ВЧ радиоканал "Воздух-Земля" между ВЧ наземной станцией и ВЧ бортовой станцией (1), которая на ней зарегистрирована, до тех пор, пока качество ВЧ радиоканала "В-3" соответствует допустимому уровню.

При ухудшении качества ВЧ радиоканала ниже допустимого уровня выбирают новый ВЧ радиоканал для бортовой станции (1) и регистрируют ее на новом выбранном ВЧ радиоканале, выбирают лучшую частоту приема сообщений от каждой другой ВЧ наземной станции по результатам оценки качества приема сигналов маркеров с помощью дополнительных ВЧ приемников "Земля-Земля" и демодуляторов "Земля-Земля" однотонового многопозиционного фазоманипулированного сигнала, формируют таблицу слышимости по результатам выбора лучших частот приема, в которой указывают признак своей доступности (недоступности) для подсистемы наземной связи, идентификаторы наземных станций и соответствующие им номера лучших частот приема с кодами рекомендуемых максимально допустимых скоростей передачи данных.