ITU-R F 1113 FRENCH-1994 RADIO SYSTEMS EMPLOYING METEOR-BURST PROPAGATION《应用流星突发通信的无线系统》.pdf

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1、Rec. UIT-R F.1113 1RECOMMANDATION UIT-R F.1113SYSTMES RADIOLECTRIQUES UTILISANT LA PROPAGATIONPAR IMPULSIONS MTORIQUES(Question UIT-R 157/9)(1994)Rec. UIT-R F.1113LAssemble des radiocommunications de lUIT,considranta) que des expriences ont dj montr quil tait faisable davoir recours des frquences de

2、 la bande compriseentre 30 et 50 MHz pour les communications utilisant la propagation par impulsions mtoriques des distances bien au-del de lhorizon;b) que des systmes utilisant ce mode de propagation sont dj en service pour la transmission de donnes parpaquets,recommande1. de suivre les directives

3、de lAnnexe 1 pour la mise en oeuvre des systmes radiolectriques utilisant lapropagation par impulsions mtoriques.ANNEXE 1Systmes radiolectriques utilisant la propagationpar impulsions mtoriques1. IntroductionLe phnomne de la propagation par impulsions mtoriques utilisant les rflexions sur les tranes

4、mtoriques ionises est dcrit dans la Recommandation UIT-R PI.843. Les rcents progrs raliss dans le domaine desmicroprocesseurs et de llectronique numrique rendent dsormais possible la construction dun systme decommunication par impulsions mtoriques pour un cot commercial acceptable. La prsente Annexe

5、 dcrit deuxsystmes de ce type et fournit les rsultats dessais effectus sur ces systmes.2. Exemple A de systme de propagation par impulsions mtoriques2.1 Description du systmeLa configuration du systme se prsente comme un rseau en toile compos dune station matresse centrale etpouvant compter jusqu 1

6、000 stations distantes lintrieur dune zone de couverture de 2 000 km de rayon (voir laFig. 1). Ce systme fait appel un protocole de paquet semi-duplex avec rptition automatique des transmissions segment unique en prsence derreurs. Chaque station distante est capable de communiquer avec un nombre que

7、lconquedautres stations distantes par lintermdiaire de la station matresse centrale.On peut raliser des systmes plus importants mettant en oeuvre plusieurs stations matresses quicommuniquent entre elles en duplex selon le mode de propagation par impulsions mtoriques, de telle sorte que toutesles sta

8、tions distantes puissent communiquer les unes avec les autres par lintermdiaire de stations matresses combines,par une srie de voies 25 kHz. Il est galement possible de construire un systme sans station matresse en utilisant lestechniques de communication entre points fixes lorsque les stations dist

9、antes assurent les fonctions de commande. Cedernier systme manque de souplesse, sa configuration devant tre modifie chaque fois que le nombre des stations estmodifi.2 Rec. UIT-R F.1113FIGURE 1Schma de principe du systmeStationdistanteN 2StationdistanteN 1StationdistanteN 3StationmatresseStationdista

10、nte N 999StationdistanteN 1 000Stationde contrleD01FIGURE 1/F.1113.D01 = 10 CMOn a ralis en Europe un systme dans lequel un maximum de fonctions systme sont concentres dans lastation matresse, le but tant de minimiser la taille, le cot et la consommation dnergie des stations distantes. La stationmat

11、resse assume les fonctions dillumination de la trane mtorique, de synchronisation du systme et dacheminementdes messages, mais elle est transparente pour lusager. Cest le seul lment du systme qui requiert une alimentation parle secteur.2.1.1 Caractristiques essentielles du systmeLe systme dcrit fonc

12、tionne en semi-duplex et utilise deux frquences voisines de 46,9 MHz, avec une seuleantenne polarisation horizontale dans chaque station. Dans la pratique, lantenne de la station matresse est un rseau dequatre antennes Yagi relies entre elles pour assurer une couverture omnidirectionnelle. Il serait

13、 possible dutiliser lapolarisation verticale si elle tait ncessaire pour les besoins dexploitation comme dans le cas de stations distantesmobiles. Lmetteur (voir la Fig. 2) a une puissance nominale de 500 W. Un commutateur dmission/rception permetdes cycles dappel/coute dune dure approximative de 80

14、 ms. Ce cycle, o alternent 40 ms dappel et 40 ms dcoute, estutilis pour illuminer les tranes mtoriques et est appel sondage. Ces missions avec sondage peuvent soit trediriges vers lune des stations distantes, soit ne pas avoir de destination spcifique, selon la priorit du systme.Lmetteur de la stati

15、on matresse transmet en modulation binaire par dplacement de phase (MDP) de faible indice( 30), de manire minimiser le brouillage sur les voies adjacentes. La synchronisation des stations distantes estassure par codage de Manchester du signal dhorloge dans les donnes.Les stations distantes mettent e

16、n modulation par dplacement de phase (MDP) avec un indice lev ( 90) demanire garantir la station matresse les meilleures conditions de dtection. Deux protocoles sont appliqus, lun pourlacquisition de donnes et lautre pour la communication. Dans des conditions normales dexploitation, la stationmatres

17、se met des mots de sondage et contrle les signaux reus la recherche de segments de donnes utilisables enprovenance dune station distante (voir la Fig. 3). Ds quon a repr un tel segment, un accus de rception est renvoy la station distante dorigine. En mme temps, un contrle de mmoire est effectu par o

18、rdinateur pour reprer lessegments adresss la station distante et, lorsquon les a localiss, le premier segment du message de retour est joint laccus de rception. Lorsquun segment est retourn de cette manire, on cherche obtenir un accus de rception de lastation distante. Dans tous les cas, le segment

19、est rpt jusqu ce quun accus de rception ait t reu.Rec. UIT-R F.1113 3FIGURE 2Station matresseCommutateurmission/rceptionRcepteur EmetteurUnit dedisquesOrdinateurAlimentationlectriqueModemPupitre decommande dela stationVers la stationde contrleD02FIGURE 2/F.1113.D02 = 14 CMLe systme est command par u

20、ne station de contrle relie la station matresse par radio ou par une ligneterrestre. Cette connexion permet dinstaller la station de contrle dans les bureaux dadministration et la station matresse distance, dans un lieu prsentant des conditions idales (faible niveau de bruit ambiant). La station de

21、contrle dusystme contrle la performance de lensemble du rseau et enregistre toutes les donnes transmises, de sorte que lesusagers peuvent les recueillir partir de cette station au lieu de les recevoir en temps rel.Dans ce systme, une station distante dacquisition de donnes est conue de manire consom

22、mer le moinsdnergie possible et fonctionner avec un maximum de fiabilit dans des conditions types (entre 30 C et +60 C). Lefacteur dutilisation de lmetteur de 100 W est limit 1%. Le rcepteur a une sensibilit de 118 dBm et est dot dunemmoire tampon pour les paquets de donnes ou les messages en textes

23、 courts (voir la Fig. 4).Un second type de station distante pour les communications est conu de manire que la vitesse de transfertdes donnes, qui varie en fonction du rapport signal/bruit, soit la plus leve possible. Le facteur dutilisation delmetteur de 300 W est limit 10%. Le rcepteur a une sensib

24、ilit de 121 dBm et est dot dune mmoire tampon dontla capacit peut atteindre 20 koctets (voir la Fig. 5).Le protocole de communication fait appel la diversit naturelle en espace et en temps des tranesmtoriques pour linterrogation pralable automatique dun maximum de 1 000 stations distantes. Lorsquun

25、trajet estdisponible, lmission des donnes et leur accus de rception se font pendant le mme vnement. Les longues chanesde donnes exigent plusieurs vnements ainsi quune recombinaison dans le rcepteur. Le texte est transmis dans unesrie de segments dont chacun donne lieu lmission dun accus de rception

26、la fin du message. Il est possible desurveiller de faon continue le rapport signal/bruit et dajuster le dbit binaire dans une gamme comprise entre 2 et64 kbit/s de manire obtenir le dbit maximal.4 Rec. UIT-R F.1113FIGURE 3Protocole type dchange de donnes par impulsions mtoriques1.2A.2B.2C.La station

27、 matresse met et coute alternativement2. La station matresse reoit un/des message(s) dune station distanteUne station distante a un message envoyer et son rcepteur coute en qute du signal sondeMessage dune station distante: longueur 24 octetscoute sonde coute sonde coute sonde coute sonde coutecoute

28、 sonde coute couteaccuse rceptioncoute sonde couteaccuse rceptioncoute segment de donnes de 24 octets coutecoute segment supplmentaire couteSi tous les messages ne peuvent tre transmis en utilisant un seul vnement mtorique, les messages/parties demessage restants sont emmagasins jusquau prochain vne

29、ment disponible.coute sonde coute segment de donnes de 24 octets coute (segment supplmentaire)3A.4A.4. La station matresse entend une station distante mais il ny a pas de donnes en attente aucune des deux stationsLa station reoit un/des message(s) de la station matresse3. La station matresse envoie

30、un/des message(s) une station disantecoute sonde couteaccuse rceptioncoute sonde coute sondecoute pas detextecoute couteaccuse rceptioncoute Une station distante entend la station matresse mais na pas de donnes envoyercoute couteD03pas detexteFIGURE 3/F.1113.D03 = 3 CM PLEINE PAGERec. UIT-R F.1113 5

31、FIGURE 4Station type dacquisition de donnesCommutateurmission/rceptionRcepteur EmetteurMicroprocesseurde communicationMicroprocesseurdacquisitionde donnesTerminaldoprateurMise en formedes signauxSignaux enprovenance des capteursCommandeaux quipementsD04FIGURE 4/F.1113.D04 = 12 CMFIGURE 5Station type

32、 de communication de textes et de donnesCommutateurmission/rceptionRcepteur EmetteurMicroprocesseurde communicationMicroprocesseur detraitement de textePupitre de commandede loprateurD05Port auxiliaire dedonnes srieFIGURE 5/F.1113.D05 = 11.5 CM6 Rec. UIT-R F.11132.1.2 Sensibilit au bruit des systmes

33、 de propagation par impulsions mtoriquesOn a dmontr que les liaisons impulsions mtoriques taient relativement insensibles aux perturbationsatmosphriques telles que laurore borale. Dans des conditions idales, la performance dun systme utilisant lapropagation par impulsions mtoriques ne serait limite

34、que par le bruit dorigine galactique. Le rcepteur doit donc treconu de manire dcoder les signaux dune amplitude comparable celle de ce type de bruit. Dans la pratique, on aaussi du bruit artificiel, qui est souvent transitoire et dun niveau trs lev par rapport au bruit dorigine galactique. Lercepteu

35、r doit donc avoir une grande porte dynamique et une certaine forme de protection pour viter les effets desaturation dus aux crtes haute nergie.2.1.3 Conception et utilisation, variation en fonction de la frquenceLe systme pourrait fonctionner nimporte quelle frquence comprise entre 20 et 120 MHz pou

36、rvu quil nyait pas dionisation rgulire. La porte pourrait atteindre 1 600 km si lon utilise les tranes ionises de mtoresvoluant de 80 100 km au-dessus de la Terre. Pour avoir le facteur maximum dutilisation de linformation, la gammede frquences doit se situer de prfrence entre 40 et 50 MHz.2.2 Rsult

37、ats des essais2.2.1 Rsultats obtenus en exploitationLes rsultats obtenus dans le rseau europen, quelle que soit la porte de transmission, ont t meilleurs queceux prvus par la plupart des modles informatiques publis. On observe les diffrences les plus importantes dans lessystmes courte porte o les db

38、its binaires obtenus ont parfois t 5 fois plus grands que les valeurs prvues.Lexprience acquise dans les Iles britanniques a dmontr la possibilit dtablir une communication fiable sur touteporte comprise entre 0 et 1 600 km. Le systme permet deffectuer des mesures en des lieux distants et de renvoyer

39、rgulirement aux bureaux les donnes ainsi obtenues. En rgle gnrale, 8 chantillons de 12 bits sont envoys dechaque lieu distant pendant chaque intervalle de 15 min.Au cours des essais effectus en dcembre et en janvier de 1986 1989, huit stations distantes dacquisition dedonnes faible puissance ont t m

40、ises en place pour transmettre des donnes intervalles de 5 min sur des liaisons impulsions mtoriques ayant les portes suivantes: 1 520, 1 040, 816, 608, 464, 256, 141 et 24 km. Pendant toute lapriode dessai, les donnes ont toutes t reues avec succs dans lintervalle de 5 min prcdant lmission de nouve

41、llesdonnes.2.2.2 Effets observs de brouillage et de sensibilit au bruitDaprs lexprience acquise en Europe, le seul facteur vraiment important pour dterminer la performancedune liaison impulsions mtoriques est le niveau de brouillage dans la bande sur le site. Dautres services dans cettemme gamme uti

42、lisent la propagation en visibilit directe. Il est souvent possible de rduire les effets de brouillage entournant lantenne ou en modifiant son angle dlvation par rapport sa position normale. Une antenne rotative largefaisceau et faible gain permet dutiliser un important volume cleste; on peut faire

43、varier langle de lantenne jusqu 25dans un plan quelconque sans que la performance de la liaison en soit affecte de faon sensible. Il est noter que latechnique dite par impulsions mtoriques peut fonctionner avec un rapport signal/bruit rduit, ce qui permet demaintenir lintgrit de la liaison, quoique

44、un dbit binaire infrieur.2.2.3 Variation observe en fonction de la frquenceLe systme dcrit utilise une seule paire de frquences voisines de 46,9 MHz; on ne dispose donc pas encorede donnes dexploitation sur la variation en fonction de la frquence.3. Exemple B de systme de propagation par impulsions

45、mtoriques3.1 Description du systmeDes essais dun systme de transmission de donnes par canal mtorique ont t effectus en France durant lepremier semestre 1988, toutes heures du jour et de la nuit, sur une liaison point point entre deux stations fixes situes 350 km lune de lautre.Rec. UIT-R F.1113 7ETT

46、D ETCDE/RVHFAAE/RVHFETCD ETTDCommutation E/R Commutation E/RFIGURE 6Schma de principe de la liaisonD06quipement terminal de traitement de donnesquipement de terminaison de circuit de donnes ETTD:ETCD:FIGURE 6/F.1113.D06 = 9.5 CM Le sous-ensemble ETCD assure les fonctions de modulation MDF et de sync

47、hronisation (modem radio). Le sous-ensemble ETTD assure les fonctions de communication, de codage et de traitement des donnes.Le message mis est format en blocs. Les blocs sont de deux natures: bloc en-tte (un bloc par message), bloc de donnes (nombre dpendant de la longueur du message).Le codage utilis seffectue par blocs suivant un code correcteur derreur de Reed-Solomon (23,13) qui peutcompenser des taux derreur pouvant atteindre 5%.Le rythme binaire utilis