Вариант применения радиосвязи

Аватар пользователя
voyager-1
Сообщений: 41
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 18:34

Вариант применения радиосвязи

Сообщение voyager-1 » 22 окт 2015, 20:36

Вспомнил я про одну детскую обсерваторию, и в голову пришла безумная идея - а что если всё-таки не тащить тяжёлую антенну к Луне, а построить чувствительный приёмник под это дело здесь, на Земле? И ненаправленность антенны даст нам преимущество, если что-то пойдёт не так.

По расчётам мощность ненаправленного сигнала в 1 Ватт у Луны будет составлять 5,38*10-19 Вт/(м2*Гц) у Земли - минус поглощение атмосферы, есть данные что обычные спутниковые тарелки ловят излучение Солнца (это 2*10+7 янских, или 2*10-21 Вт/м2*Гц). То есть в теории - мы укладываемся.

Где-то трёхметровый параболический рефлектор с альт-азимутной монтировкой под такое сделать думаю реально будет - плюс систему охлаждения до -50 градусов цельсия для снижения шумов, этого должно хватить для уверенного приёма. Думаю под такую задачу можно будет объединиться с каким-либо учебным заведением - они оплатят часть строительства, и после окончания проекта она достанется в полное управление им.

П.С. Спасибо за ссылки, буду изучать. "Втиснуть" основной сигнал в ненаправленную антенну действительно вряд ли получится.
Последний раз редактировалось voyager-1 22 окт 2015, 22:25, всего редактировалось 1 раз.

Аватар пользователя
Ejj
Сообщений: 290
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 21:01

Re: Вариант применения радиосвязи

Сообщение Ejj » 22 окт 2015, 20:57

Целевая информация по объему составляет гигабайты данных. Нужен не просто канал связи - нужен достаточно толстый канал связи, чтобы успеть по нему пропихнуть снятые данные за время жизни АМС.

Можно попробовать оценить необходимую пропускную способность канала, но для этого нужна информация:
Сколько часов в сутки линия связи сможет работать.
Время активного существования АМС после завершения съемки.

Объем передаваемой информации для первого приближения можно считать в 10 Гб.

Аватар пользователя
maxrez
Сообщений: 151
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 16:31

Re: Вариант применения радиосвязи

Сообщение maxrez » 22 окт 2015, 22:01

Денис, это всё не так просто, как кажется. Расчеты канала связи сложнее. В принципе, сам сигнал таким способом принять можно, но ширина канала будет узкая. Как заметил Павел, чем больше информации надо перенести, тем более широкий радио канал нам нужен. А это значит, что мы собираем больше внешнего шума. Например галактический шум. В результате наш сигнал просто тонет под уровнем шума. Для уверенной передачи с Луны, без узко-направленной антенны не обойтись. Я когда-то делал простой калькулятор в Excel для расчета параметров радио-связи. Хотя конечно не учитывал многого. Например собственные шумы антенно-фидерной системы и усилителей. Но там наглядно показано, насколько важны хорошие антенны. Не знаю позволит ли мне форум выложит этот калькулятор здесь. Попробую.
Вот здесь лежит хороший документ про такие расчеты. http://paginas.fe.up.pt/~ee97054/Link%20Budget.pdf

Аватар пользователя
maxrez
Сообщений: 151
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 16:31

Re: Вариант применения радиосвязи

Сообщение maxrez » 22 окт 2015, 22:02

П.С. Попробуйте искать под заголовком "Link budget".
https://www.csie.ntu.edu.tw/~hsinmu/courses/_media/wn_11fall/link_budget.pdf
Последний раз редактировалось maxrez 22 окт 2015, 23:07, всего редактировалось 2 раз.

Аватар пользователя
2cp1
Сообщений: 9
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 11:08

Re: Вариант применения радиосвязи

Сообщение 2cp1 » 22 окт 2015, 22:30

1. Определить количество информации, которую требуется передать.
2. Определить время, за которое эту информацию надо передать.
Учесть, что надо дать резерв по обоим пунктам.
Вот только после этого уже можно что-то обсуждать про линию передачи и её пропускную способность.

Аватар пользователя
maxrez
Сообщений: 151
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 16:31

Re: Вариант применения радиосвязи

Сообщение maxrez » 22 окт 2015, 22:59

Калькулятор не получилось вложить. Поэтому даю только картинку с расчетами.
Пояснение:
f(Mhz) - рабочая частота
λ(m) - длинна волны
d(m) - расстояние между приёмником и передатчиком
Lf(dB) - пространственное подавление силы сигнала
P(W) Pv(dBm) - мощность передатчика в ваттах и дБм
Z(Ohm) - импеданс приёмного тракта
Gv(dBi) - усиление передающей антенны
Gp(dBi) - усиление приёмной антенны
Pr(dBm),Pr(W), Uz(uV) - сила сигнала на входе приёмника в дБм, ваттах и микро вольтах
Pnoise(dBm), Pnoise(w), Unoise(uV) - сила шума на входе приёмника в дБм, ваттах и микро вольтах
B(Hz) - ширина канала
noise(W/Hz) - спектральная плотность шума

Link budget.png
Link budget.png (63.75 KiB) 4002 просмотра


Это расчет с параметрами:
Передающая антенна ненаправеленная, мощность усилителя 1 ватт, и приёмная 3-х метровая параболическая антенна. Ширина канала 6МГц, Как видите уровень шума гораздо выше силы сигнала.

Аватар пользователя
Ejj
Сообщений: 290
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 21:01

Re: Вариант применения радиосвязи

Сообщение Ejj » 23 окт 2015, 07:21

Респект за калькулятор!
Можно попросить добавить в него для наглядности, расчет Pн для заданного битрейта при ФМ?
З.Ы. Можно положить файл на файлообменник и сюда запостить линк на него.

Аватар пользователя
maxrez
Сообщений: 151
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 16:31

Re: Вариант применения радиосвязи

Сообщение maxrez » 23 окт 2015, 10:09

Спасибо :)
Можете пояснить что имеете ввиду под Рн и ФМ? Дело в том, что я привык использовать в основном английские обозначения.

Аватар пользователя
Ejj
Сообщений: 290
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 21:01

Re: Вариант применения радиосвязи

Сообщение Ejj » 23 окт 2015, 10:37

Pн - минимально необходимое для приема соотношение сигнал/шум.
ФМ - FM, frequency modulation, извиняюсь, что написал кириллицей.

Аватар пользователя
maxrez
Сообщений: 151
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 16:31

Re: Вариант применения радиосвязи

Сообщение maxrez » 23 окт 2015, 11:32

Понятно.
Дело в том, что не существует минимального соотношения сигнал/шум для уверенного приёма. Существует зависимость правдоподобности ошибки на соотношении "сигнал/шум на бит". Расчёты сложны для того, чтобы это можно было запихнуть в Excel. Это работа для Matlab. Да это и не надо. Для каждой модуляции уже построены графики. Вот пример.
Picture 13.png
Picture 13.png (14.63 KiB) 3972 просмотра

Аватар пользователя
Ejj
Сообщений: 290
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 21:01

Re: Вариант применения радиосвязи

Сообщение Ejj » 23 окт 2015, 13:22

В моей области принято для нормальной линии BER<=1*10^-7. Думал, что подобные стандарты есть и для космических радиолиний. :)
Имел в виду взять с подобного графика значение для "стандартного" BER и по заданному битрейту пересчитать его в аналоговое соотношение сигнал/шум на входе.

Аватар пользователя
voyager-1
Сообщений: 41
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 18:34

Сообщение voyager-1 » 23 окт 2015, 14:39

Тут бывает что под конкретный аппарат какой-то свой алгоритм исправления ошибок делают, куда тут до стандартов).
Коды Рида-Соломона позволяют до 33% ошибок в сигнале восстанавливать, но при этом большой % пропускной способности требуют. Думаю на восстановление 15% ошибок можно вполне рассчитывать, но с учётом "плохого" варианта развития событий - как атмосферных, так и солнечных. Если я правильно график интерпретирую, то 3-4 dB на сигнал/шум нам будет достаточно, чтобы уверенно принимать сигнал.

С Солнцем кстати должно быть хорошо:
Solar_Cycle_Prediction.gif
Solar_Cycle_Prediction.gif (312.63 KiB) 3952 просмотра

Аватар пользователя
maxrez
Сообщений: 151
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 16:31

Re: Вариант применения радиосвязи

Сообщение maxrez » 23 окт 2015, 15:22

Ejj писал(а):В моей области принято для нормальной линии BER<=1*10^-7. Думал, что подобные стандарты есть и для космических радиолиний. :)
Имел в виду взять с подобного графика значение для "стандартного" BER и по заданному битрейту пересчитать его в аналоговое соотношение сигнал/шум на входе.


А вы с какой модуляцией считали? В связи со спутником лучше перейти с FSK на PSK модуляции. Лучше всего на QPSK. Она имеет такую же устойчивость к помехам, как и PSK, но с в 2 раза большим объёмом переносимой информации.

Аватар пользователя
Ejj
Сообщений: 290
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 21:01

Re: Вариант применения радиосвязи

Сообщение Ejj » 23 окт 2015, 16:53

Как считаете нужным. Думаю, нам пока что точности до порядка в этой теме хватит.

2_voyager-1: спасибо! Как понимаю, нужно успеть до 2025 года.

Аватар пользователя
voyager-1
Сообщений: 41
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 18:34

Сообщение voyager-1 » 23 окт 2015, 18:17

Да, нам желательно в интервал 2018-2022 попасть, тогда будет минимум Солнечных вспышек, а значит и лучшие условия для электроники/радиосвязи.


Вернуться в «Средства приема ЦИ»

Кто сейчас на форуме

Количество пользователей, которые сейчас просматривают этот форум: нет зарегистрированных пользователей и 1 гость