На сьогоднішній день людство досягло рівня, коли інформація це один з найважливіших чинників, які впливають на розвиток людського суспільства.

Людина обмінюється інформацією кожного дня, і не важливо які межі передавання інформації, адже існують різні види зв'язку, які допомагають нам передати інформацію на велику відстань.

Один з таких видів зв'язку - супутниковий зв'язок.

Cупутниковийзв'язок - один з видів космічного радіозв'язку, що базується на використанні щтучних супутників Землі на яких змонтовані ретранслятори. Супутниковий зв'язок здійснюється між земними станціями, які можуть бути як стаціонарними так і мобільними.

Супутниковою системою зв'язку(ССЗ) називають комплекс земного і космічного обладнання зв'язку, яке забезпечує передачу інформації через ретранслятор зв'язку (РЗ), що розміщується в космічному просторі.

Оскільки супутниковий зв'язок єрадіозв'язком, для передачі через супутник сигнал повинен бути промодульованим. Модуляція відбувається на земній станції. Модульований сигнал переноситься на потрібну частоту, підсилюється та надходить на передавальнуантену.

Звичайний (нерегенеративний) супутник, прийнявши сигнал від однієї наземної станції, переносить його на іншу частоту, підсилює й передає іншій наземній станції. У супутнику може бути кілька незалежних каналів, що здійснюють ці операції, кожний з яких працює в певному діапазоні частот.

Частотні діапазони

Вибір частоти для передачі даних від земної станції до супутника і від супутника до земної станції не є довільним. Від частоти залежить, поглинаннярадіохвильватмосфері, а також необхідні розміри передавальної і приймальної антен.

Частоти, використовуванні в супутниковому зв'язку, поділяють на діапазони, що позначаються буквами.

Таблиця 2.1

Діапазони частот в системах супутникового зв'язку

Але на кожний вид зв'язку впливають певні фактори, що зменшують пропускну спроможність(передачу інформації) і супутниковий зв'язок тому не виключення.

Цими факторами можуть бути наступні:

- погодні умови;

- неякісне налаштування системи;

- збій в системі.

- врахування впливу атмосфери, Землі, поляризаційних втрат.

Для того,щоб встановити сигнал між земною станцією та супутником використовують різні характеристики за допомогою яких зв'язок буде правильно налаштований і буде передаватися інформація. Одні з таких характеристик є наступні:

рис 2.2 Характеристики, які впливають на обмін повідомлення

Радіолінія складається з прийомної, передавальної частини та радіотракту. До основних характеристик відносять:

- потужність передавача ;

- коефіцієнт підсилення приймальної антени ;

- коефіцієнт підсилення передавальної антени ;

- коефіцієнт втрат у вільному просторі L;

- коефіцієнт додаткових втрат в радіолінії ДL;

- потужність приймального сигналу .

Потужність передачі визначається формулою:

(1)

де - коефіцієнт втрат в антені передавача.

Максимальне значення коефіцієнта підсилення визначається:

(2)

де - ефективна площа антени;

- довжина хвилі.

Далі знаходиться коефіцієнт втрат у вільному просторі за допомогою формули:

(3)

деr - відстань від абонента до супутника.

Величина ДL знаходиться в діапазоні 1,5 дБ…6 дБ, залежить від кута нахилу антени.

В системі супутникового зв'язку на передачу даних між супутником і наземною станцією впливають різні несприятливі чинники і один з них це радіоелектронне подавлення.

Для того щоб уникнути цієї завади в системі супутникового зв'язку можна використати - рознесений прийом,який базується на мажоритарній обробці даних,котрі поступають на наземну станцію.

При мажоритарній обробці прийнятих копій кодових комбінацій повідомлення можуть використовуватись при повторенні й прості первинні інформаційні коди, але для збільшення степені зростання вірогідності практично використовуються завадостійкі коди.

Повторення може бути реалізоване програмно у вигляді переходу від звичайного алгоритму обміну (без повторень) до обміну з повтореннями при погіршенні якості ліній зв'язку. Такий перехід хоча і знижує інформаційну ефективність канала зв'язку, але він доцільний із-за рознесення повідомлень у часі і в просторі (по паралельних каналах, зокрема, у системах МІМО), що веде до декореляції помилок і створює можливість обробки прийнятих варіантів сигналів перед демодуляцією. У результаті можна отримати потрібну кількість копій сигналу з покращеним відношенням сигнал/шум, що зменшує ймовірність помилок після демодуляції.

Визначено, що мажоритарний принцип підвищення вірогідності з використанням завадостійкого коду ефективніший від синхронного накопичення вірно прийнятих кодових комбінацій такого ж коду при всіх інших одинакових умовах.

Якщо у системі обміну інформацією передбачається реалізація зворотного зв'язку і мажоритарного опрацювання, то доцільно використовувати завадостійкий код у режимі виявлення помилок. При переважанні в каналі зв'язку помилок малої кратності t (t=1,2,3) може бути використаний код з виправленням і виявленням помилок. Режим з виправленням помилок для систем з мажоритарним опрацюванням доцільний, коли зворотний зв'язок відсутній, а для систем із синхронним накопиченням неприйнятний із-за принципу дії системи, коли виправлення помилок у кодовій комбінації чи відсутність виправлення при першій передачі не конкретизують дії приймача при наступних повторах.

Принцип мажоритарної обробки наступний. Утворені з демодульованих сигналів копії кодових комбінацій використовуються для синтезу (за правилом мажоритарної більшості) результатної кодової комбінації, в якій перед декодуванням буде менша кількість помилок. Ці помилки код здатний з певною ймовірністю виявити та виправити, і, при необхідності, може бути використаний зворотний зв'язок для повторення повідомлення чи його частини. Щоб уникнути невизначеності (50% на 50%) у прийнятті рішень пристроєм обробки прийнятих варіантів кодових комбінацій, повторення (після демодулятора) повинні бути непарними (3, 5, 7 і т.д. - кратні).

Ймовірність помилки в кожному розряді результатної кодової комбінації при мажоритарній обробці за правилом більшості із врахуванням кількості повторень j та ймовірності помилок у каналі p визначається:

а) j=3; правило більшості: два або три із трьох; ймовірнісна картина виникнення помилки в кожному розряді результатної кодової комбінації наступна:

· даний розряд кодової комбінації при першій і другій передачах прийнятий з помилкою, ймовірність якої становить р, а при третій передачі прийнятий вірно з ймовірністю 1-р; загальна ймовірність цієї події: р²•(1-р);

· даний розряд кодової комбінації при першій і третій передачах прийнятий з помилкою, ймовірність якої становить р, а при другій передачі прийнятий вірно з ймовірністю 1-р; загальна ймовірність цієї події: р•(1-р)•р = р²•(1-р) ;

· даний розряд кодової комбінації при другій і третій передачах прийнятий з помилкою, ймовірність якої становить р, а при першій передачі прийнятий вірно з ймовірністю 1-р; загальна ймовірність цієї події: (1-р)• р² = р²•(1-р);

· всі розряди кодової комбінації прийняті з помилкою, ймовірність якої для кожного розряду становить р; загальна ймовірність цієї події: р•р•р = р³ .

Ці ймовірності складають повну групу подій. Ймовірність помилкового прийому кожного розряду результатної кодової комбінації визначається:

Р_м3(р)=р²•(1-р)+р²•(1-р) + р²•(1-р) + р³ = 3р²(1-р) + р³ ; (4)

Аналогічні ймовірнісні картини відповідають наступним повторенням:

б) j=5; правило більшості: три, чотири або п'ять із п'яти; формула ймовірності помилок:

Р_м5(р)=10р³(1-р)²+5р⁴(1-р)+р⁵;(5)

в) j=7; правило більшості: чотири, п'ять, шість або сім із семи; формула ймовірності помилок:

Р_м7(р)=35р⁴(1-р)³+21р⁵(1-р)²+7р⁶(1-р)+ р⁷ (6)

г) у загальному випадку (j - непарне, j=1, 3, 5,…):

При мажоритарному опрацюванні помилки в однойменних розрядах прийнятих кодових комбінацій практично незалежні із-за рознесення повторів у часі або по різних каналах (декореляція помилок). Тому у результатній комбінації помилки будуть незалежними, навіть, якщо вони є залежними у каналі й описуються не біноміальною моделлю. Це дає підстави використати співвідношення біноміальної моделі помилок для визначення ймовірності помилок у результатній кодовій комбінації. Якщо код використовується в режимі виявлення помилок до кратності S включно (при цьому виявляється також частина помилок вищої кратності), то ймовірність помилок, що залишилися у результатній кодовій комбінації, визначається аналогічноіз врахуванням p_мj на основі (7)-(8):

Якщо код використовується в режимі виправлення помилок до кратності t включно, то ймовірність помилок, що залишилися у результатній комбінації, визначається із врахуванням p_мj на основі (7)-(8):

Якщо код використовується в режимі виправлення помилок до кратності t включно та виявлення помилок вищої кратності до S включно (при цьому виявляється також частина помилок вищої кратності), то ймовірність помилок, що залишилися у результатній комбінації.

Нижче приведене порівняння мажоритарного опрацювання, яке основується на виразах (6) і (10) при наступних якісних показниках канала зв'язку: р=10^-2, 10^-3, 10^-4, 10^-5, 10^-6і застосуванні завадостійких кодів із параметрами:

а) (n,k) = (31, 16), (255, 231) - усі з мінімальною кодовою відстанню d_min = 7; розглядались режими виявлення (S=6), виправлення (t=3) та виправлення і виявлення (t=2, S=4) помилок;

б) (n,k) = (32, 21), d_min = 5, режими такі ж (виявлення: S=4; виправлення: t=2; виправлення і виявлення: t=1, S=3).

Мажоритарне опрацювання реалізовувалось за схемою: j=3 (2 або 3 із трьох). Канал зв'язку прийнятий з незалежними помилками (біноміальна модель з параметром р).

Отже, використання мажоритарної обробки даних є доцільним у супутниковому зв'язку,адже воно допомагає певною мірою обійти радіоелектронне подавлення і з заданою точністю передати інформацію.

Загальний результат роботи системи супутникового зв'язку визначається кількістю і якістю переданої інформації і система SOTM не є виключенням. К. Шеннон сказав, що ймовірність помилки може бути при певному виборі методу передавання зроблена гранично малою. Але швидкість передавання не може бути вище деякого інформаційного ресурсу - пропускної здатності.

Таким чином, для вирішення питання підвищення завадостійкості супутникових систем (SOTM) передавання інформації слід застосовувати ансамблі багатопозиційних сигналів разом із завадостійким кодуванням.

Ідея: необхідно формувати такі сигнали, області яких в багатопозиційному просторі щільно упаковані і разом з тим достатньо далеко рознесені. В супутникових системах, знайшли застосування BPSK (ФМ-2), QPSK, та згорткові коди (ЗК).

рис.2.3 Залежності енергетичного виграшу від виграшу по питомій швидкості для різних багатопозиційних сигналів та СКК: ФМ - фазова модуляція; ФМ-4 (QPSK) - квадратурна фазова модуляція; АФМ (QAM) - квадратурна амплітудно-фазова маніпуляція.

Перехід до багатопозиційних сигналів дозволяє підвищити питому швидкість передавання інформації. Однак при цьому знижується завадостійкість, так як із зростом позицій енергетична ефективність знижується. Ця обставина окреслює вимоги до формування ефективнихкодів, вони повинні бути достатньо довгими із структурою, яка подібна структурі випадкового шуму, при цьому із зростом довжини коду складність алгоритму декодування катастрофічно зростає. Тому тут слід розв'язати завдання пошуку і синтезу кодів з високою виправною здатністю.

Первинним блоком в системі цифрового зв'язку є джерело інформації.З виходу аналого-цифрового перетворювача цифровий сигнал поступає на кодер джерела. Головне завдання кодеру - стиск інформації. Чим менший об'єм інформації, яку слід передавати через радіоканал в одиницю часу, тим менше помилок буде відбуватись при передаванні, менша необхідна смуга частот і енергія, яку необхідно витратити на передачу.

Головна задача кодера каналу - виконання операції завадостійкого кодування. Достовірність інформації будемо характеризувати статистичною величиною - ймовірністю помилки на біт (BER - Bit Error Rate). BER - це ймовірність помилкового приймання при передачі одного біта інформації, яку усереднено для статистично великого об'єму переданої інформації.

Ефективність передачі інформації через систему радіозв'язку при певних фізичних характеристиках радіоканалу визначається властивостями передавача і приймача, обраними методами організації каналу зв'язку. Структурну схему передавача цифрової системи зв'язку можна представити у вигляді:

рис.2.4 Структурна схема цифрового передавача: ПП - підсилювач потужності; ЦАП - цифро-аналоговий перетворювач; ПЛІС - програмована логічна інтегральна схема (сигнальний процесор).

В даний час при передаванні цифрових даних в супутникових каналах зв'язку застосовують фазову маніпуляцію (BPSK, QPSK) і когерентне приймання [23]. Базовим напрямком підвищення достовірності передавання інформації в супутникових цифрових системах є процес додавання надлишковості до початкової інформації. Цей процес здійснюється завадостійким кодуванням. Супутникові системи передавання інформації мають свої особливості, врахування яких дозволить розробити рекомендації по найбільш раціональному використанню завадостійкого кодування в цих системах, з метою формування структури приймальної наземної частини обробки супутникових сигналів. Тут слід врахувати ту обставину, що введення надлишковості при постійній швидкості джерела інформації, призводить до зменшення тривалості символів, а також при постійній потужності передавача, до зменшення енергії, що припадає на один символ. При цьому ймовірність помилки BER - збільшується. Однак за рахунок виправлення помилок при декодуванні, результуюча ймовірність помилки на виході декодера буде менше, ніж у випадку не кодованої передачі.

На сучасному етапі збройної боротьби гостро постала одна з проблем, а саме висококоякісний та швидкий обмін інформацією між підрозділами та керівним складом. На основі цього в сучасних збройних конфліктах використовуються різні види зв'язку для передачі інформації.

Одним із ефективних видів зв'язкує супутниковий зв'язок, адже, саме використовуючи земну станцію та супутник, можна обмінюватися інформацією на великих відстанях.

Але на кожен вид зв'язку впливають певні фактори, котрі несуть загрозу для успішного передавання інформації. У супутниковому зв'язку один з таких факторів це радіоелектронне подавлення. Важливість врахування цього фактору полягає в тому, щовсі основні армії світупереходять на електронне обслуговування своїх бойових сил і широко використовують системи радіозвязку.Якщо раніше за допомогою засобів радіоелектронної боротьби використовувались різні методи дезінформації, такі, як спотворення відомостей про переміщення військ, часу нападу, кількості бойових одиниць і т.д., то сьогодні, коли з'являються системи радіокерованої зброї, як літаки і навіть наземна бронетехніка, радіоелектронна боротьба стає невід'ємною частиною ведення бойових дій.

При передачі повідомлень для забезпечення потрібної завадостійкості використовується завадостійке кодування. Але в умовах РЕП використаних методів підвищення вірогідності може бути недостатньо, особливо, якшо ймовірності помилок в тракті обміну інформацією сягають p = 10^?2 … 10^?1.

Для розв'язання цієї проблеми в супутниковому зв'язку,можна використовувати принцип мажоритарної обробки кодових комбінацій повідомлення, що базується на рознесеному прийомі тієї чи іншої інформації. Суть такого методу полягає в тому, що утворені з демодульованих сигналів копії кодових комбінацій використовуються для синтезу результатної кодової комбінації, в якій перед декодуванням буде менша кількість помилок. Ці помилки код здатний з певною ймовірністю виявити та виправити, і, при необхідності, може бути використаний зворотний зв'язок для повторення повідомлення чи його частини.

Слід зазначити, що використання мажоритарного принципу обробки кодових комбінацій веде до зниження інформаційної ефективності каналів обміну із-за кілька кратного повторення (3, 5, 7, …) одних і тих же кодових комбінацій.

Використання методу мажоритарної обробкиє доцільним в умовах суттєвого погіршення якості тракту обміну інформацією в системах супутникового зв'язку.

Нижчепредставляється оцінка ефективності використання завадостійкого кодування без мажоритарної обробки прийнятих кодових комбінацій та із мажоритарною обробкою розрядів отриманих копій інформаційних кодових комбінацій.

1) Ймовірність всіх помилок Poп(р) у кодовій комбінації простого коду довжини n1 та n2 без завадостійкого кодування та мажоритарної обробки.

2) Ймовірність всіх помилок Poпм(р) у кодовій комбінації простого коду довжини n1,n2 без завадостійкого кодування та із мажоритарною обробкою розрядів кодової комбінації,враховуючи,що ймовірність помилок у розрядах результатної кодової комбінації після мажоритарної обробки виражається формулою:

(11)

Тоді

3) Ймовірність помилок Pt2n1(p), що залишилисьу кодовій комбінації завадостійкого коду у режимі виправлення всіх помилок до кратності t2 включно без мажоритарної обробки.

4) Ймовірність помилок Pt2n1м(p), що залишилисьу кодовій комбінації завадостійкого коду у режимі виправлення всіх помилок до кратності t2 включно з використанням мажоритарної обробки розрядів в прийнятій кодовій комбінації.

5) Ймовірність помилок PS1n1(p), що залишилисьу кодовій комбінації завадостійкого коду у режимі виявлення всіх помилок до кратності S1 включно без мажоритарної обробки.

6) Ймовірність помилок PS1n1м(p), що залишилисьу кодовій комбінації завадостійкого коду у режимі виявлення всіх помилок до кратності S1 включно з використанням мажоритарної обробки розрядів в прийнятій кодовій комбінації.

7) Ймовірність помилок PS2t1n1(p), що залишилисьу кодовій комбінації завадостійкого коду у режимі виправлення всіх помилок до кратності t1 включно та виявлення всіх помилок вищої кратності до S2 включно без мажоритарної обробки.