Рубрикатор | ![]() |
![]() |
Статьи | ![]() |
ИКС № 6 2005 | ![]() |
![]() |
Александр Борисович УГЛОВ  | 01 июня 2005 |
Об адаптивном использовании ресурса спутниковых каналов Кu-диапазона
![](/data/977/590/1234/671_1.jpg)
Оборотной стороной этого метода является неэффективное использование спутникового ресурса. Из теории приема сигналов известно, что скорость передачи информации и отношение сигнал/шум в точке приема взаимосвязаны, и это наглядно подтверждает формула К. Шеннона:
R=B log2 (1 +S/N),
где R – скорость передачи, B – полоса частот, S – мощность сигнала, N – мощность шума.
Если же оператор обеспечивает запас 4 дБ и более по отношению сигнал/шум в течение «благоприятных» более чем 99% времени, но не разменивает этот запас по мощности сигнала на скорость передачи в периоды присутствия высокого отношения сигнал/шум, то это и есть неоптимальное использование отведенного ресурса практически в 100% времени работы. Использование для Ku-диапазона хотя бы 3 дБ из этого запаса на отношение сигнал/шум означало бы потенциальную возможность двукратного (!) увеличения скорости передачи спутниковых каналов в промежутке времени, приближающемся к 100%, и при условии реализации соответствующего механизма адаптации средств передачи и приема, и при отсутствии правовых и технических ограничений, о которых речь пойдет далее.
Наиболее простым способом размена запаса по мощности на скорость передачи было бы увеличение скорости передачи при наличии «чистого неба» в месте приема, однако в условиях действия стандартных договоров со спутниковым оператором, оговаривающих занятие определенной полосы частот, это практически нереализуемо. Поэтому, чтобы продолжать полностью использовать выделенную полосу при начальных установках на модемах приема и передачи, например r =1/2 (относительная скорость кодирования), QPSK, и увеличить пропускную способность, необходим переход на меньшую скорость кодирования (например, с 1/2 на 3/4) с соответствующим увеличением скорости передачи.
Оценим по практическим характеристикам стандартного модема преимущества автоматического адаптивного использования стандартных режимов последовательного (sequential) кодирования с относительной скоростью r =1/2 и r =3/4 и при условии постоянной мощности передаваемого сигнала. Если пороговое отношение сигнал/шум для модема равно 6,4 дБ при Ре =10 ( – 8) при кодировании 1/2, то при запасе на фединг 4 дБ отношение сигнал/шум на входе демодулятора должно составлять 10,4 дБ в условиях «чистого неба». В тех же условиях переход на кодирование 3/4 позволяет уменьшить ширину занимаемой полосы в 1, 5 раза, при этом скорость передачи потенциально может увеличиться также в 1,5 раза, т. е. так, чтобы не допустить увеличения занимаемой полосы сверх оговоренной в договоре величины.
Переход на кодирование 3/4 приведет к снижению помехоустойчивости демодулятора с 6,4 дБ до 7,3 дБ (при Ре =10 ( – 8) ), а увеличение скорости передачи в 1,5 раза даст дополнительное снижение энергии сигнала на 1,76 дБ в расчете на 1 бит, что означает суммарное уменьшение запаса на фединг с 4 дБ до 4 – (7,3 – 6,4) – 1,76 =1,34 дБ.
Можно отметить также, что в этом режиме работы отношение сигнал/шум остается выше порогового (для которого мы оговорили Ре =10 ( – 8) ) на 1,34 дБ. Это, в свою очередь, означает, что Ре будет не хуже 10 ( – 10), а скорость передачи нам удалось увеличить на 50% (!) при сохранении допустимо малого коэффициента ошибок. Аналогичным образом можно определить, например, что даст переход с r =1/2 на 7/8 или с 3/4 на 7/8.
А как оценить ситуацию, когда игнорируется возможность существенно оптимизировать использование спутникового ресурса? С одной стороны, ученые и инженеры тратят значительные материальные и временные ресурсы на разработку новых методов кодирования, пытаясь выиграть «лишний» децибелл, а с другой – никто не обращает внимания на возможность рационального использования сразу нескольких децибелл в оптимизации ресурса. Особенность ситуации еще и в том, что по мере совершенствования систем кодер-декодер необходимость в сохранении запаса по отношению сигнал/шум в нестационарных каналах будет всегда, а следовательно, останется возможность его использования.
Современные модемы имеют практически все необходимое для реализации механизма адаптации к реальному отношению сигнал/шум в спутниковом канале, так как содержат встроенные средства оценки на приеме отношения сигнал/шум и/или коэффициента ошибок, а также средства управления темпом кодирования и скоростью передачи, используемые вручную при конфигурировании модема.
Между тем параметры оценки качества сигнала на приеме достаточно просто трансформируются в соответствующие команды, которые при наличии служебного канала (overhead) между модемами могут быть использованы в соответствии с алгоритмом управления для автоматической установки нужного темпа кодирования и управления скоростью передачи на передающей стороне.
На этом основании автор и полагает, что путем есложной доработки модемов возможна организация дополнительного адаптивного режима их работы для оптимизации использования спутниковых каналов.
Алгоритм работы взаимодействующих модемов может быть таким:
- исходное состояние настроек модемов – r =1/2;
- если демодулятор «видит» высокое отношение сигнал/шум, то по служебному каналу передается команда перехода, например, на r =3/4 и соответствующего увеличения скорости передачи (модулятор при этом должен задавать на источник сигнал синхронизации) ;
- если демодулятор «увидел», что отношение сигнал/шум снизилось до установленного минимума, то на модулятор поступает команда возвращения к исходному состоянию.
Конечно, всякая попытка что-то выиграть и оптимизировать имеет свои ограничения, причем как административные, так и технические.
В России к административным ограничениям относятся в первую очередь обязательства оператора работать в определенном режиме в соответствии со сведениями, заявленными им в карточке ТТХ к решению ГКРЧ.
Технические ограничения и проблемы следующие:
- если модем «привязан» к источнику информации «последней милей» соответствующей иерархии SDH, то практически невозможно использовать механизм изменения скорости передачи;
- для того чтобы правильно работать с источником информации, необходим корректный механизм прерываний работы с источником при смене темпа кодирования и изменения скорости передачи.
Более того, несложная доработка в части дополнительной интеллектуализации модемов потенциально позволяет использовать еще один вид адаптации. Известно, что подавляющее большинство выделенных спутниковых каналов симметричны и имеют закрепленную скорость передачи. Вместе с тем реальные источники информации в точках терминации канала вряд ли всегда обладают одинаковой производительностью, и было бы полезно согласовывать скорость передачи каждого направления с источником так, чтобы продолжать полностью использовать арендованную на спутнике полосу частот, имея при этом возможность варьировать соотношение скоростей передачи для каждого направления.
Для этого вида адаптации модем должен «уметь» понимать и сравнивать запросы источников информации на обслуживание для выработки решения, какому источнику и в какой мере отдать предпочтение для обеспечения большей скорости передачи в пределах отведенной полосы. Такой вид адаптации одинаково пригоден для отношения сигнал/шум C-и Ku-диапазонов и уникален именно для спутниковой связи, так как практически нереализуем на наземных сетях, использующих иерархию SDH.
Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!