Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование и разработка методов построения сверхвысокоскоростных радиолиний передачи информации в канале Космос-Земля

Номер контракта: 14.575.21.0056

Руководитель: Бахтин Александр Александрович

Должность: Завеующий кафедрой "Телекоммуникационные системы" федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский университет «МИЭТ»

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
радиолиния, радиоканал, дистанционное зондирование земли (дзз), х- диапазон, ка- диапазон, поляризация, скорость передачи, передача данных, космические системы связи

Цель проекта:
Разработка, моделирование и макетирование новых технических решений в области создания специального оборудования для надежного обеспечения сверхвысокоскоростной (до 2000 Мбит/c) передачи больших объемов информации от высокопроизводительных космических аппаратов радиолокации и дистанционного зондирования Земли в режиме реального времени.

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе выполнения проекта должны быть рассмотрены варианты возможных решений проблемы увеличения скорости передачи информации в радиолинии Космос – Земля, даны рекомендации по выбору значений системных параметров сверхвысокоскоростной радиолинии Космос – Земля (энергетический потенциал, необходимая скорость передачи информации, параметры антенн) и разработан макет сверхвысокоскоростной радиолинии передачи информации, обеспечивающий прием и передачу информации в спутниковой радиолинии системы ДЗЗ со скоростью до 2000 Мбит/с.
Программно-аппаратный комплекс приема и передачи информации состоит из следующих элементов с заданными в ТЗ характеристиками:
• Блоки приема и передачи информации в виде файлов на современные электронные носители информации для последующей их обработки на ЭВМ по стандарту не хуже 1000BASE-T IEEE 802.3ab и стека протоколов TСP/IP со скоростью до 2000 Мбит/с;
• Блок формирования и обработки потока цифровых символов, реализующий алгоритмы формирования, кодирования с вероятностью битовой ошибки BER не более 10-6 и включение в информационный поток вспомогательных символов для синхронизации по несущей, тактовым частотам и дополнительные функции по обеспечению телеметрических данных;
• Модулятор, формирующий из потока цифровых символов аналоговый сигнал на промежуточной частоте в диапазоне 1000-8000 МГц с заданным типом модуляции при частотной селекции с подавлением соседних каналов не менее чем на 40 дБ;
• Демодулятор, фильтрующий и преобразующий аналоговый сигнал в последовательность цифровых символов, обеспечивающий частотную селекцию по соседнему каналу не хуже 40 дБ на входе демодулятора и фильтрацию в основной полосе частот соответствующей скорости следования символов;
• СВЧ блок, переносящий сигнал в один из диапазонов частот Х, Ku, K, Ka и обеспечивающий расчетное усиление по мощности таким образом, чтобы мощность сигналов на выходе составляла не менее 100 мВт и частотную селекцию по зеркальной частоте не менее 60 дБ, или принимающий сигнал в одном из диапазонов частот Х, Ku, K, Ka и переносящий сигнал на промежуточную частоту с коэффициентом усиления, обеспечивающим чувствительность приемного устройства, не хуже -55 дБм.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
В рамках проекта предлагаются методы и средства решения проблемы повышения пропускной способности спутниковых радиолиний систем ДЗЗ. Предложенные технические решения в области формирования потока цифровых символов, модуляции и кодирования реализованы в макете сверхвысокоскоростной радиолинии передачи информации. Данный макет может быть использован индустриальным партнером в качестве прототипа передающего устройства радиолинии Космос – Земля.
Среди предложенных технических решений для повышения пропускной способности спутниковых радиолиний можно выделить новый способ модуляции, сочетающий в себе фазовую и амплитудную модуляцию, с высокой спектральной эффективностью и значительно уменьшенным пик-фактором относительно аналогов.
По итогам расчетов можно сделать выводы о том, что достижимая пропускная способность рассматриваемой радиолинии в К-диапазоне частот может составлять до 2,560 Гсимв/с, а в Х-диапазоне до 600 Мсимв/с, что сопоставимо с характеристиками существующих систем связи со спутниками ДЗЗ иностранного производства и значительно превышает российские аналоги.
Возможность достижения обозначенных выше расчетных значений пропускной способности спутниковой радиолинии в значительной мере зависят от возможностей существующей электронной компонентной базы. Планируемый программно-аппаратный комплекс приема и передачи информации осуществляет функции кодирования, модуляции на промежуточной частоте и переноса в один из указанных диапазонов. При реализации программной части основным ограничивающим пропускную способность фактором будет выступать тактовая частота процессора, в то время как в аналоговой части ограничения будут связаны с доступностью отечественной элементной базы в K-диапазоне частот.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Предполагается, что результаты проекта будут применяться в рамках приоритетного направления развития «Транспортные и космические системы», критическая технология: «Технологии информационных, управляющих, навигационных систем»
Проект выполняется в рамках общей задачи повышения пропускной способности спутниковых радиолиний, и предполагается, что результаты проекта найдут свое применение при проектировании спутникового оборудования систем ДЗЗ.
Разрабатываемые в ходе проекта решения по организации высокоскоростного канала связи Космос-Земля создают предпосылки для стимулирования и совершенствования технологических процессов при производстве отечественной ЭКБ, совершенствования конструкций спутниковых бортовых передатчиков и создают условия для модернизации производства спутниковой радиоэлектронной аппаратуры.
Планируемые результаты проекта позволяют повысить эксплуатационные и технологические характеристики космических систем связи и могут быть использованы в рамках международного сотрудничества.

Текущие результаты проекта:
В качестве рабочих диапазонов частот для сверхвысокоскоростной радиолинии Космос – Земля выбраны X- и К-диапазоны. Предложено использовать четырехканальную схему передачи информации для работы в K-диапазоне, так как это позволяет унифицировать приемопередающее оборудование в полосе, равной 375 МГц (X-диапазон).
На основании расчетов предложено использовать метод модуляции ФМ-16-АИМ, который позволяет наиболее эффективно использовать спектр (γ от 11,0 бит/с•Гц), причем показано, что разница между теоретической границей Шеннона и Eb/N0 для данного вида модуляции составляет 1,085 дБ, что говорит о высокой энергетической эффективности (т.е. при типовых значениях мощности передатчика достигается большая скорость и достоверность передачи информации).
Из рассмотренных вариантов возможных решений проблемы увеличения скорости выбраны применение эффективных методов модуляции и помехоустойчивого кодирования, соответственно и формы сигнала, рассмотрены возможности использования поляризационного разделения каналов и технологий адаптаций скорости.
Из результатов математического моделирования и расчетов энергетического потенциала радиолиний в X- и K-диапазонах частот можно сделать вывод, что обеспечение высоких скоростей в радиолинии Космос – Земля возможно. Расчет необходимой скорости передачи информации показал, что максимально достижимая скорость передачи информации при работе в К-диапазоне частот может составлять до 2,560 Гсимв/с; максимально достижимая скорость передачи информации при работе в Х-диапазоне частот может составлять до 600 Мсимв/с. При этом запас по энергетике радиолинии в Х-диапазоне частот составляет не менее 3 дБ, в К-диапазоне частот – не менее 9 дБ, что в итоге по скорости сопоставимо с существующими подобными системами связи иностранного производства и значительно превышает российские аналоги.