Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра Телекоммуникационных систем 

 

 

СПУТНИКОВЫЕ И РАДИОРЕЛЕЙНЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ

 

Методические указания к выполнению курсовой работы

для студентов специальности 050719 –

Радиотехника, электроника и телекоммуникации всех форм обучения

  

СОСТАВИТЕЛИ: Н.Н. Гладышева, Л.П. Клочковская. Спутниковые и радиорелейные системы передачи. Методические указания к выполнению курсовой работы для студентов всех форм обучения специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации. – Алматы: АИЭС, 2008. – 16 с.  

Представлены методические указания к расчету и оформлению курсовой работы. Приведены варианты заданий и параметры земных и космических станций, необходимые для выполнения курсовой работы.

 

Введение 

Основной задачей курсового проектирования по спутниковым и радиорелейным системам передачи является определение параметров спутниковой системы и расчет устойчивости связи на пролете РРЛ.

В первой задаче необходимо по известным высотным отметкам земли и указанным расстояниям от начала пролета построить чертеж продольного профиля земли и рассчитать устойчивость связи на пролете.

Во второй задаче необходимо выполнить энергетический расчет участка спутниковой линии. Спутниковая линия состоит из двух участков: «вверх» (передающая земная станция – космическая станция) и «вниз» (космическая станция – приемная земная станция). После расчета необходимо построить диаграмму уровней на участке.

Третья задача посвящена электромагнитной совместимости двух спутниковых систем – существующей и проектируемой. В конце расчета необходимо оценить величину мешающего влияния по сравнению со значением температуры при отсутствии влияния.

1                    

2                   Задание к выполнению курсовой работы

1.1           Задача №1

Произвести расчет пролета радиорелейной линии (РРЛ):

-                   по известным высотным отметкам земли H (м) и указанным расстояниям от начала пролета R (км) построить продольный профиль пролета;

-                   выбрать оптимальную высоту подвеса антенн; произвести коррекцию, если необходимо;

-                   рассчитать запас на замирание сигнала;

-                   рассчитать время ухудшения сигнала из-за дождя и вследствие субрефракции радиоволн;

-                   проверить нормы на неготовность;

-                   рассчитать время ухудшения сигнала за счет многолучевого распространения радиоволн, сравнить с нормами;

-                   сделать выводы о проделанных расчетах.

 

Т а б л и ц а 1 – Технические параметры пролета РРЛ

Вариант

УНУ м

Отметки земли Hi/Ri, м/км

R0, км

f, ГГц

Аппара тура

1

2

3

4

5

1

200

210/0

250/5

300/15

250/20

250/30

30

7,5

NERA

2

150

200/0

300/10

200/15

180/20

150/25

25

23

NERA

3

180

220/0

250/15

200/25

220/30

230/35

35

8

NERA

4

100

120/0

150/10

200/20

250/25

200/30

30

14,5

NERA

5

300

315/0

330/10

325/15

360/25

320/40

40

13

NERA

6

250

250/0

270/5

285/10

270/15

280/25

25

22

Pasolink

7

150

170/0

200/10

200/20

180/30

160/45

45

15

Pasolink

8

180

200/0

220/15

240/20

240/30

220/40

40

8,5

NERA

9

200

210/0

220/10

230/15

230/20

230/25

25

22

Pasolink

0

100

150/0

140/15

160/25

140/20

140/30

30

18

Pasolink

Примечание:        вариант выбирается по последней цифре зачетной книжки;

технические параметры аппаратуры приводятся в Приложении А.

 

Т а б л и ц а 2 – Место расположения РРЛ

Вариант

Район

1, 4, 7

Районы прикаспийской низменности

2, 5, 8, 0

Пустынные районы Южного Казахстана

3, 6, 9

Степная полоса Казахстана

 

1.2           Задача №2

Произвести энергетический расчет линий «вниз» и «вверх» для спутниковой системы связи:

-                   определить значения мощностей передатчика и приемника на линиях «вниз» и «вверх», при которых спутниковый канал надежно работает в условиях помех и не содержит излишних энергетических запасов;

-                   построить диаграмму уровней сигнала на линиях «вверх» и «вниз» для заданной спутниковой системы.

В расчетах необходимо учесть дополнительное ослабление энергии радиоволн на участках: поглощение в осадках – 0,8 дБ, поляризационные потери – 0,9 дБ, потери за счет рефракции – 0,2 дБ.

Коэффициент запаса для линии «вверх» а=6 дБ.

Коэффициент запаса для линии «вниз» b=1,2 дБ.

 

Т а б л и ц а 3 – Варианты заданий к задачам №2 и №3

Вариант

Последняя цифра зач. кн.

0, 6

1, 7

2, 4

3, 8

5, 9

Предпоследняя цифра зач. кн.

0, 5

A→B

A→C

A→D

B→E

B→C

1, 6

B→D

C→B

D→B

C→A

X→D

2, 7

D→C

D→A

A→B

A→C

A→D

3, 8

B→A

B→E

C→E

D→E

D→E

4, 9

B→D

C→D

C→A

D→C

B→E

 

Т а б л и ц а 4 – Параметры передающих ЗС

Система

A

B

C

D

E

Координаты

78° в.д.

42° с.ш.

52° в.д.

47° с.ш.

43° в.д.

69° с.ш.

65° в.д.

45° с.ш.

55° в.д.

50° с.ш.

Диапазон f, ГГц

14/11

14/11

14/11

14/11

14/11

Диаметр антенны DA, м

6

10

9

8

3

Эффективная полоса частот Dfш, МГц

36

33

36

72

36

Спектральная плотность мощности S, дБВт/Гц

-32

-33

-34

-30

-34

Отношение сигнал/шум Рсш, дБ

16

16,5

15

14

17

КПД АФТ

0,95

0,90

0,85

0,90

0,80

 

Т а б л и ц а 5 – Параметры бортовых ретрансляторов КС

Система

A

B

C

D

E

Координаты

103°в.д.

101°в.д.

95° в.д.

85° в.д.

66° в.д.

Диапазон f, ГГц

14/11

14/11

14/11

14/11

14/11

Коэффициент усиления антенны G, дБ

Прием

33

35

28

30

29

Передача

28

30

25

27

26

Спектральная плотность мощности S, дБВт/Гц

-54

-53

-52

-51

-50

Коэффициент шума приемника КШ

8

7,5

6

5

7

Шумовая температура антенны ТА, К

40

50

55

60

45

КПД АФТ

0,80

0,90

0,90

0,85

0,80

Шумовая температура СЛ ТΣЛ, К

100

95

90

100

110

 

Т а б л и ц а 6 – Параметры приемных ЗС

Система

A

B

C

D

E

Координаты

35° в.д.

60° с.ш

85° в.д.

45° с.ш.

73° в.д.

49° с.ш.

52° в.д.

47° с.ш.

78° в.д.

42° с.ш.

Диапазон f, ГГц

14/11

14/11

14/11

14/11

14/11

Диаметр антенны DA, м

3

8

9

10

6

Эффективная полоса частот Dfш, МГц

36

72

36

33

36

Коэффициент шума приемника КШ

6

8

7

5

7,5

Шумовая температура антенны ТА, К

60

58

70

80

90

КПД АФТ

0,90

0,80

0,85

0,90

0,85

 

1.3           Задача №3

Рассчитать мешающее влияние одной спутниковой системы на другую, сравнить степень влияния с допустимым значением.

Исходные данные для расчета приведены в таблицах 3, 4, 5, 6.

Для оценки мешающего влияния использовать методику, согласно которой относительное приращение эффективной шумовой температуры приемного тракта системы, подверженной влиянию, не должно превышать 6% значения шумовой температуры при отсутствии влияния.

При расчетах полагать, что антенна космической станции проектируемой системы имеет широкий луч; коэффициент передачи спутниковой линии .

 

3                   Методические указания к расчету

2.1           Задача №1

Исходные данные: длина пролета R0=30км, частотный диапазон 7,5 ГГц, аппаратура NERA.

По частотному диапазону подходит аппаратура NERA: NL 187 с техническими характеристиками:

Диапазон частот f, ГГц                               7,125 – 7,725

Коэффициент системы SG, дБ                     117

Мощность передатчика РПРД, дБ                 28

Диаметр антенны D, м                                 1,2

Коэффициент усиления антенны G, дБ      45,4

 

2.1.1     Построение продольного профиля пролета

Продольный профиль интервала представляет собой вычерченный в определенном масштабе вертикальный разрез местности по линии, соединяющей две соседние радиорелейные станции. Продольные профили интервалов РРЛ полно и наглядно характеризуют рельеф местности на каждом интервале связи и являются основными рабочими документами, позволяющими выполнить расчет устойчивости работы радиорелейной линии при заданных нормах на ее качественные показатели.

Построение продольных профилей производится в прямоугольной системе координат с применением разных масштабов по горизонтали и вертикали. Высоты препятствий на поверхности Земли измеряются в метрах, а расстояния между ними радиорелейными станциями – в километрах. Таким образом, высоты откладываются на профиле не по линиям, проходящим через центр Земли (т.е. по радиусу Земли), а по вертикали (по оси ординат), и отсчет их ведется не от горизонтальной линии профиля, а от линии кривизны земной поверхности, принимаемой за линию уровня моря или за условный нулевой уровень. Расстояния же между станциями откладываются не по криволинейной поверхности, а по горизонтали (оси абсцисс). При таком построении профиля земная поверхность изображается не окружностью, а параболой. Построение дуги земной кривизны (параболы) производится после определения расстояний между станциями и максимальной разности высот на поверхности земли, так как в зависимости от расстояния меняется масштаб по вертикали. Расстояния между станциями, а также наиболее низкие (hmin) и наиболее высокие (hmax) точки профиля интервала РРЛ связи определяются по данным топографических карт, и затем вычисляется максимальная разность высот в метрах.

После выбора масштабов производится построение дуги земной кривизны.

Линия, изображающая на профиле уровень моря (дуга земной кривизны) или условный нулевой уровень (условный горизонт) и имеющая вид параболы, рассчитывается по формуле

                                           ,                                    (2.1)

где x(R) – текущая координата дуги нулевого уровня, м;

R0 – протяженность интервала, км;

R – расстояние от левого конца интервала, км, до точки, в которой определяется величина x;

RЗ=6,37·106 м – радиус Земли.

Максимальная высота препятствия, создаваемого выпуклостью земной поверхности, для любой протяженности интервала R0 при R=R0/2 равна

                                               .                                    (2.2, а)

С достаточной для практических расчетов степенью точности при Rз=6370км можно принять

                                            ,                                 (2.2, б)

где R0 выражено в км

Для сокращения размеров чертежа высокие отметки отсчитываются от линии условного горизонта, которая выбирается в зависимости от рельефа местности. Полученная кривая характеризует профиль интервала данного участка связи.

 

2.1.2     Выбор оптимальных высот подвеса антенн

Из-за неравномерности вертикального градиента диэлектрической проницаемости атмосферы радиолуч получает искривление, что приводит к ухудшению радиосвязи. Если он встречается с естественным препятствием, то связь нарушается. Поэтому необходимо правильно определить просвет трассы путем правильного выбора высот подвеса антенн.

Радиолуч перемещается внутри зоны Френеля, которая представляет собой эллипсоид вращения в точке приема и передачи. Минимальный радиус зоны Френеля определяется по формуле

                                         ,                                  (2.3)

где  – длина волны, м;

 – относительное расстояние до препятствия.

Среднее значение изменения просвета за счет рефракции, существующее в течение 80% времени, вычисляется по формуле

                               ,                        (2.4)

где  и  – соответственно среднее значение и стандартное отклонение вертикального градиента проницаемости (см. таблицу Б.1 Приложения Б).

При длине пролета меньше 50 км стандартное отклонение должно определяться по формуле

                                    ,                             (2.5)

где  – значение стандартного отклонения, м-1;

y – находится по рисунку Б.1 Приложения Б.

Просвет в отсутствии рефракции радиоволн (при g=0) рассчитывается по формуле

                                           ,                                    (2.6)

 

Пример. Для Акмолинской области  и ,

; ,

,

,

.

 

Высоты подвеса антенн определим из рисунка 1. Для этого от критической точки профиля откладывается расстояние Н(0) и через данную точку проводится луч, соединяющий антенны.

 

Рисунок 1 – Профиль пролета РРЛ

 

Численно высоты подвеса антенн можно определить по формулам

                                        h1=xmax+H(0)+MNCD,                               (2.7 а)

                                         h2=xmax+H(0)+MNYZ,                               (2.7 б)

где MN – максимальная высота профиля относительно УНУ;

CD, YZ – высота профиля соответственно в начале и в конце тракта в зависимости от типа антенны – передающей или приемной.

Для моделирования профилей пролетов и выбора оптимальной высоты подвеса антенн студенты могут воспользоваться программой DDRL31. Программа позволяет строить профили пролетов для различных частот, типов оборудования, указывает на профиле возможные точки отражения, зону Френеля. Есть возможность выбрать высоту подвеса антенн.

 

2.1.3     Расчет запаса на замирание

Расчет запаса на замирание производится по формуле

                                    ,                             (2.8)

где  – коэффициент системы, дБ;

 – коэффициенты усиления передающей и приемной антенн, дБ;

 – коэффициент полезного действия антенно-фидерного тракта;

 – затухание радиоволн в свободном пространстве, дБ

                                       ,                                (2.9)

где f – частота передачи, МГц;

d=R0 – расстояние между передающей и приемной антеннами (длина пролета), км.

 

Пример. Расчет L0, Ft:

.

 

2.1.4     Расчет времени ухудшения связи из-за дождя

Чем выше частота радиоизлучения, тем сильнее влияет на ослабление сигнала размер капель и интенсивность дождя. Поэтому при расчете времени ослабления необходимо учитывать климатическую зону в зависимости от интенсивности дождя в течение 0,01% времени.

Территория СНГ разделена на 16 климатических зон. Казахстан относится к зоне Е, для которой интенсивность осадков =22 мм/час.

Коэффициенты регрессии для оценки затухания в зависимости от поляризации волны представлены в таблице Б.2 Приложения Б.

Так как интенсивность дождя неравномерно распределяется вдоль трассы, определяем эффективную длину пролета

                                                   ,                                          (2.10)

где R0 – длина пролета, км;

 – коэффициент уменьшения;

 – опорное расстояние, км.

Удельное затухание в дожде в зависимости от поляризации волны (дБ)

                                                  .                                         (2.11)

определяется для горизонтальной и вертикальной поляризации и выбирается наименьшее из них

                                                ,                                    (2.11, а)

                                                ,                                   (2.11, б)

где  – коэффициенты регрессии.

Затухание на трассе, превышающее 0,01% времени, определяется по формуле

                                                  .                                         (2.12)

Время, в течение которого ослабление сигнала больше, чем запас на замирание

                                 ,                        (2.13)

при  принимаем .

 

Пример. Для f=7 ГГц

 дБ/км;

 дБ/км.

Примечание: так как величины очень малы, мы выбираем тип поляризации в соответствии с приведенным ранее частотным планом.

Горизонтальная поляризация: ,

, .

, ,

.

 

2.1.5     Расчет времени ухудшения связи, вызванного субрефракцией радиоволн

Стандартная атмосфера имеет наибольшую плотность у поверхности Земли, поэтому радиолучи изгибаются к низу. В результате просвет на пролете, определяемый по минимальному радиусу зоны Френеля, не имеет постоянной величины, т.к. плотность атмосферы изменяется и зависит от времени суток и состояния атмосферы.

Среднее значение просвета на пролете

                            .                   (2.14)

Относительный просвет

                                                  .                                         (2.15)

На чертеже профиля пролета проводим прямую параллельно радиолучу на расстоянии  от вершины препятствия и находим ширину препятствия r (см. рисунок 1).

Относительная длина препятствия

                                                    .                                           (2.16)

Параметр , характеризующий аппроксимирующую среду

                                         ,                                (2.17)

где  или .

Значение относительного просвета р(g0), при котором наступает глубокое замирание сигнала, вызванное экранировкой препятствием минимальной зоны Френеля

                                              ,                                     (2.18)

где V0 – множитель ослабления при H(0)=0, определяемый из рисунка В.1 приложения В по значению ;

минимальный допустимый множитель ослабления

                                         .                                (2.19)

Параметр  определяется по формуле

                                         ,                                (2.20)

где .

Процент времени ухудшения связи, вызванного субрефракцией радиоволн,  определяется по рисунку В.2 Приложения В.

 

Пример. r=18,75 км,

,

, , .

Принимаем , тогда .

, , .

,

,

.

 

Оптимизация высот подвеса антенн проводится, если , при этом необходимо увеличить , пересчитать  и соответственно на эту величину увеличить h1 и h2 на пролете.

 

2.1.6     Проверка норм на неготовность

Характеристики неготовности для ГЭЦТ (гипотетический эталонный цифровой тракт) установлены в рекомендации 557МСЭ-Р.

ГЦЭТ считается неготовой, если в течение 10 последовательных секунд возникли следующие условия или одно из них:

-                   передача цифрового сигнала прервана;

-                   в каждой секунде BER хуже 10-3.

Неготовность аппаратуры уплотнения исключается. Характеристики неготовности делятся на неготовность оборудования и неготовность, вызванную условиями распространения радиоволн, например, величина неготовности, вызванной дождем, составляет 30-50%.

Характеристики готовности ГЭЦТ протяженностью 2500 км определяются величиной 99,7%, причем эти проценты определяются в течение достаточно большого интервала времени. Этот интервал должен составлять более года, характеристики неготовности определяются, таким образом, величиной 0,3%.

Норма на неготовность

                                        ,                               (2.21)

где R0 – длина пролета, км;

2500 – длина эталонной гипотетической линии.

 

Пример. .

.

, условие (2.21) выполняется.

 

Учитывая увеличение H(g) для получения , указываем оптимальные высоты. Опоры в основном предоставляют трубчатую мачту с основанием диаметра 2,5 м, которая может состоять из секций длиной 6,5 м и 11 м.

Пример. Для h1=65 м – шесть секций по 11 м; для h2=15 м: 1 секция – 11 м и 1 секция – 6,5 м.

 

2.1.7     Расчет времени ухудшения радиосвязи из-за многолучевого распространения

При моделировании радиолиний протяженностью более чем несколько километров должны учитываться четыре механизма замирания в чистой атмосфере, обусловленные чрезвычайно преломляющими слоями:

-                   расширение луча;

-                   развязка в антенне;

-                   поверхностное многолучевое распространение;

-                   атмосферное многолучевое распространение.

Большинство этих механизмов возникают сами по себе или в комбинации с другими механизмами. Сильные частотно-избирательные затухания возникают, когда расфокусировка прямого луча сочетается с отражением сигнала от поверхности, что вызывает замирание вследствие многолучевого распространения. Мерцающие замирания, вызванные небольшими турбулентными возмущениями в атмосфере, всегда имеют место при этих механизмах, но на частотах ниже 400 ГГц их влияние на общее распределение замираний не существенно. На больших глубинах замирания процент времени Тинт, в течение которого в узкополосных системах не превышается уровень принимаемого сигнала в средний худший месяц, может быть определен с помощью следующего приближенного асимптотического выражения

                                        ,                               (2.22)

где – A=Ft – запас на замирание, дБ;

d – длина пролета, км;

f – частота, ГГц;

K – коэффициент, учитывающий влияние климата и рельефа местности;

Q – коэффициент, учитывающий другие параметры трассы;

В=0,89; С=3,6 – коэффициенты, учитывающие региональные эффекты.

Коэффициент, учитывающий влияние климата и рельефа местности

                                          ,                                 (2.23)

где PL=5%=0,05 – процент времени с вертикальным градиентом рефракции;

CLAT=CLON=0 для Казахстана.

Коэффициент, учитывающий другие параметры трассы

                                               ,                                      (2.24)

где  – наклон радиотрассы, мрад (здесь h1, h2 в м; d в км).

 

Пример. , ,

,

.

 

2.1.8     Проверка норм на допустимое время ухудшения связи из-за многолучевого распространения радиоволн

Норма на допустимое время ухудшения связи для высшего качества связи

                                          .                                 (2.25)

 

Пример. .

, условие выполняется.

 

2.1.9     Выводы о результатах расчета

В данной работе была смоделирована и рассчитана радиорелейная линия прямой видимости с передачей цифровых сообщений.

При выборе мест расположения станций были учтены три важных фактора: наличие подъездных дорог, наличие электропитания в районе, осуществление связи между населенными пунктами.

По полученным результатам можно сделать вывод, что все нормы на неготовность выполняются даже на самых протяженных пролетах. Замирания в дожде были снижены за счет правильного выбора поляризации, из-за субрефракции радиоволн – за счет выбора оптимального уровня подвеса антенн.

 

 

2.2           Задача №2

Линии спутниковой связи состоят из двух участков: Земля-спутник и спутник-Земля. В энергетическом смысле оба участка оказываются напряженными, первый – из-за стремления к уменьшению мощности передатчиков и упрощению земных станций (в особенности в системах с большим числом малых приемопередающих земных станций, работающих в необслуживаемом режиме), второй – из-за ограничений на массу, габаритные размеры и энергопотребление бортового ретранслятора, лимитирующих его мощность.

Основная особенность спутниковых линий – наличие больших потерь сигнала, обусловленных затуханием (ослаблением и рассеянием) его энергии на трассах большой физической протяженности. Так, при высоте орбиты ИСЗ 36 тыс. км затухание сигнала на трассе может достигать 200 дБ. Помимо этого основного затухания в пространстве сигнал в линиях спутниковой связи подвержен влиянию большого числа других факторов, таких как поглощение в атмосфере, фарадеевское вращение плоскости поляризации, рефракция, деполяризация и т.д. С другой стороны, на приемное устройство спутника и земной станции кроме собственных флуктуационных шумов воздействуют разного рода помехи в виде излучения Космоса, Солнца и планет. В этих условиях правильный и точный учет влияния всех факторов позволяет осуществить оптимальное проектирование системы, обеспечить ее уверенную работу и в то же время исключить излишние энергетические запасы, приводящие к неоправданному увеличению сложности земной и бортовой аппаратуры.

 

2.2.1     Энергетический расчет линии «вниз»

Исходные данные: диапазон частот 14/11 ГГц.

Параметры передающей космической станции: координата ; коэффициент усиления антенны 19 дБ; КПДАФТ КС 0,9.

Параметры приемной земной станции: координаты ; диаметр антенны 10 м; отношение Рсш на приеме 15 дБ; коэффициент шума приемника 7 дБ; эффективная полоса частот 28 МГц; КПДАФТ ЗС 0,9; шумовая температура антенны 100 К.

 

2.2.1.1                     Расстояние между передающей (КС) и приемной (ЗС) антеннами

                                    ,                           (2.26)

где ;

xЗС – широта земной станции;

 – разность долгот земной и космической станциями.

 

Пример. , .

Тогда  км.

 

2.2.1.2                     Ослабление сигнала

                                               ,                                       (2.27)

где d – расстояние между КС и ЗС;

 – длина волны.

 

Пример. ,

.

 

2.2.1.3                     Дополнительное ослабление на трассе

В дополнительных потерях сигнала учитываются поглощение в атмосфере (осадки) , потери из-за несогласованности поляризации антенн и потери из-за рефракции

                                            ,                                   (2.28)

 

Пример. .

 

2.2.1.4                     Суммарная шумовая температура приемного тракта

                                         ,                                (2.29)

где ТА – шумовая температура приемной антенны;

Т0»290 К;

 – собственная шумовая температура приемника.

 

Пример.  К,

 К.

 

2.2.1.5                     Коэффициент усиления антенны ЗС

                                               ,                                      (2.30)

где  – коэффициент использования поверхности антенны (0,6…0,8);

 – диаметр антенны ЗС.

 

Пример. .

 

2.2.1.6                     Мощность передатчика КС

                             ,                    (2.31)

где Dfш. – шумовая полоса приемника;

b=1,2 дБ (1,32) – коэффициент запаса для линии «вниз».

 

Пример. Коэффициент усиления антенны передатчика (КС) равен 19 дБ (), КПДАФТ для приемной ЗС и КС равен 0,9 дБ (1,23 раз). Тогда подставив в формулу (2.31) данные, получим

 

2.2.1.7                     Суммарная мощность шумов на входе приемника

                                               .                                      (2.32)

 

Пример. .

 

2.2.2     Энергетический расчет линии «вверх»

Исходные данные: диапазон частот 14/11 ГГц.

Параметры передающей земной станции: координаты ; диаметр антенны 10 м; отношение Рсш на передаче 15 дБ; КПДАФТ ЗС 0,95.

Параметры приемной космической станции: координата ; коэффициент усиления антенны 19 дБ; коэффициент шума приемника 8 дБ; эффективная полоса частот 36 МГц; КПДАФТ КС 0,9.

 

2.2.2.1                     Расстояние между передающей (КС) и приемной (ЗС) антеннами определяется по формуле (2.26).

Пример. , .

Тогда .

 

2.2.2.2                     Ослабление сигнала рассчитывается по формуле (2.27).

Пример. ,

.

 

2.2.2.3                     Дополнительное ослабление на трассе, учитывающих поглощение в атмосфере (осадки) , потери из-за несогласованности поляризации антенн  и потери из-за рефракции , рассчитывается по формуле (2.28).

Пример. .

 

2.2.2.4                     Суммарная шумовая температура приемного тракта рассчитывается по формуле (2.29).

Пример. ,

.

 

2.2.2.5                     Коэффициент усиления антенны ЗС определяется по формуле (2.30).

Пример. .

 

2.2.2.6                     Мощность передатчика ЗС

                             ,                    (2.33)

где а=6 дБ (3,98) – коэффициент запаса для линии «вверх».

 

Пример. Коэффициент усиления антенны приемника (КС) равен 19 дБ (),  КПДАФТ для передающей ЗС равен 0,95 дБ (1,24 раз).

                                              

2.2.2.7                     Суммарная мощность шумов на входе приемника определяется по формуле (2.32).

Пример. .

 

2.2.2.8                     Диаграмма уровней мощности сигнала на участках «вниз» и «вверх»

Рисунок 2 – Диаграмма уровней на участках «вверх» и «вниз»

2.3           Задача №3

Для определения необходимости координации с какой-либо системой проводится упрощенная оценка возможных взаимных помех между системами, заключающаяся в расчете кажущегося увеличения эквивалентной шумовой температуры спутниковой линии, вызванного помехами, и последующем сравнении полученного значения, выраженного в процентах, с пороговым значением, определенным Регламентом радиосвязи. Важно отметить, что анализируются помехи в обоих направлениях, т.е. помехи как создаваемые заявляемой системой, так и испытываемые ею. Превышения порогового значения приращения эквивалентной шумовой температуры линии в любой из анализируемых систем достаточно для заключения о необходимости координации.

При расчетах приращения эквивалентной шумовой температуры линии необходимо рассмотреть два возможных случая:

1)                обе системы совместно используют одну или несколько полос частот, причем направления передачи в совпадающих полосах в обеих системах совпадают;

2)                обе системы совместно используют одну или несколько полос частот, причем передача в совпадающих полосах ведется в системах в противоположных направлениях (реверсное использование частот).

 

Исходные данные: система X влияет на систему Y (XY), частотный диапазон 14/11 ГГц.

Параметры земной станции X (передача): координаты 49° в.д., 73° с.ш.; диаметр антенны 12 м; спектральная плотность мощности –30 дБВт/Гц.

Параметры земной станции Y (прием): координаты 76° в.д., 57° с.ш.; диаметр антенны 16 м.

Параметры космической станции X: координата 58° в.д.; коэффициент усиления антенны 25 дБ; спектральная плотность мощности –53 дБВт/Гц.

Параметры космической станции Y: координата 55° в.д.; коэффициент усиления антенны 14 дБ.

 

2.3.1     Расстояние между земной и космической станциями определяется по формуле (2.26).

Пример. Наклонная дальность между ПдЗC X и КС X

.

Наклонная дальность между ПдЗC X и КС Y

.

Наклонная дальность между КС Y и ПЗС Y

.

Наклонная дальность между КС X и ПЗС Y

.

 

Рисунок 3 – Пояснение взаимодействия двух спутниковых систем

 

2.3.2     Топоцентрический угловой разнос между двумя КС в точке расположения ЗС

                             ,                    (2.34)

где d1 – расстояние между КС 1 и ЗС 1, км;

d2 – расстояние между ЗС 1 и КС 2, км;

θg1–β2– геоцентрический угловой разнос между спутниками, равный разнице долгот КС 1 и КС 2.

 

Пример. Топоцентрический угловой разнос между двумя КС в точке расположения ПдЗС X

Топоцентрический угловой разнос между двумя КС в точке расположения ПЗС Y

 

2.3.3     Коэффициент усиления антенны земной станции в заданном направлении [1, стр. 183]

Для антенн больших размеров при  (максимальное усиление ):

                                             ,                                (2.35, а)

где  – угол между осью антенны и заданным направлением, град.

Для антенн малых размеров при  ():

                                      ,                         (2.35, б)

где D – диаметр антенны;

λ – длина волны.

 

Пример. Для ПдЗС X параметр , угол  – угол между направлением на КС X и КС Y, т.е , тогда коэффициент усиления .

Для ПЗС Y параметр , угол  – угол между направлением на КС Y и КС X, т.е , тогда коэффициент усиления .

 

2.3.4     Увеличение шумовой температуры на выходе приемной антенны системы, подверженной влиянию

                                    ,                           (2.36)

где S – спектральная плотность мощности, подводимая к передающей антенне мешающей станции;

 – коэффициент усиления антенны ЗС в заданном направлении;

– коэффициент усиления антенны космической станции;

 – ослабление сигнала на пути распространения (см. формулу 2.9).

 

Пример. Для определения увеличение шумовой температуры на выходе приемной антенны КС Y: спектральная плотность мощности мешающей ПдЗС X равна –30 дБВт/Гц; коэффициент усиления антенны ПдЗС X в направлении на КС Y равен 20 дБ; коэффициент усиления КС Y равен 14 дБ:

.

Для определения увеличение шумовой температуры на выходе приемной антенны ЗС Y: спектральная плотность мощности мешающей КС X равна –53 дБВт/Гц; коэффициент усиления антенны КС X равен 25 дБ; коэффициент усиления ПЗС Y в направлении на мешающую КС X равен 20 дБ:

.

 

2.3.5     Приращение эквивалентной шумовой температуры линии

                                             ,                                    (2.37)

где γ – коэффициент передачи (в разах) спутниковой линии между выходом передающей антенны КС и входом приемной антенны ЗС системы, подверженной влиянию;

 – приращение шумовой температуры (в Кельвинах) соответственно ЗС и КС системы, подверженной влиянию.

 

Пример. .

 

2.3.6     Относительное приращение эффективной шумовой температуры приемного тракта системы, подверженной влиянию

                                              .                                     (2.38)

 

Пример. Шумовая температура спутниковой линии , тогда относительное приращение эффективной шумовой температуры  .

Так как относительное приращение эффективной шумовой температуры приемного тракта системы, подверженной влиянию, больше допустимых 6%, то необходимо провести коррекцию расположения земных станций проектируемой спутниковой системы (подверженной влиянию).

  

Список литературы 

1.                 Мордухович Л.Г., Степанов А.П. Системы радиосвязи. Курсовое проектирование: Учеб. пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 1987. – 192 с.: ил.

2.                 Мордухович Л.Г. Радиорелейные линии связи. Курсовое и дипломное проектирование: Учеб. пособие для техникумов. – М.: Радио и связь, 1989. – 160 с.: ил.

3.                 Системы радиосвязи / Под редакцией Н.И.Калашникова. – М.: Радио и связь, 1988. – 352 с.

4.                 Каменский Н.Н. и др. Справочник по радиорелейной связи. / Под редакцией С.Н.Березина. – М.: Радио и связь, 1981.

5.                 Радиосистемы управления / Под ред. В.А.Вейцеля. – М.: Высшее образование, 2005.

6.                 Полет космических аппаратов / Под общей редакцией А.С.Виницкого. – М.: Радио и связь, 1993.


ПРИЛОЖЕНИЕ А

 

Т а б л и ц а А1 – Технические параметры аппаратуры NERA

Шифр РРС

Диапазон частот

f, ГГЦ

Коэффициент системы

SG, дБ

Диаметр антенны

D, м

Коэффициент усиления антенны

G, дБ

NL 187

7,125 – 7,725

117 (Е2)

0,6

30,5

3,7

45,4

NL 241

7,125 – 7,725

110,5 (Е3)

1,2

37,3

3,0

44,9

NL 245

7,9 – 8,4

110 (Е3)

2,0

41,6

NL 188

8,2 – 8,5

116 (Е2)

1,2

37,4

NL 183

12,75 – 13 25

112 (Е2)

1,2

42,4

NL 248

12,75 – 13,25

105,5 (Е3)

0,6; 1,2; 2,0

 

NL 400-13

12,75 – 13,25

97 (Е3)

0,6; 1,2; 2,0

 

NL 185

14,50 – 15,35

109 (Е2)

1,2

43,7

NL 247

14,50 – 15,35

102,5 (Е3)

0,6; 1,2; 2,0

 

NL 400-15

14,50 – 15,35

97 (Е3)

0,6; 1,2; 2,0

 

NL 400-23

21,3 – 23,6

93 (Е3)

0,6

41,6

1,2

47

AccessLink 23

21,3 – 23,6

96 (Е2)

0,3

39

 

Т а б л и ц а А2 – Технические параметры аппаратуры Pasolink

Шифр РРС

Диапазон

частот

f, ГГЦ

Коэффициент системы

SG, дБ

Диаметр антенны

D, м

Pasolink 15G8M8

14,50 – 15,35

113,5 (Е2)

0,6

1,2

Pasolink 18G8M8

17,7 – 19,7

112,5 (Е2)

Pasolink 23G8M8

21,2 – 23,6

110,5 (Е2)

 

Если коэффициент усиления антенны, дБ, неуказан в технических параметрах, то его можно рассчитать по формуле

                                           ,                                   (А.1)

где  – коэффициент использования поверхности антенны;

D – диаметр антенны;

 – длина волны.


ПРИЛОЖЕНИЕ Б

 

Т а б л и ц а Б.1 – Среднее значение и стандартное отклонение вертикального градиента проницаемости

Район

Районы прикаспийской низменности

– 13

10

Пустынные районы Южного Казахстана

– 6

10

Степная полоса Казахстана

–7

9

 

Рисунок Б.1 – К определению параметра y

 

Т а б л и ц а Б.2 – Коэффициенты регрессии для оценки затухания

Частота

f, ГГц

Горизонтальная поляризация

Вертикальная поляризация

1

0,0000387

0,912

0,0000352

0,880

2

0,0001540

0,963

0,000138

0,923

4

0,00065

1,121

0,000591

1,075

6

0,00175

1,308

0,00155

1,265

7

0,00301

1,332

0,00265

1,312

8

0,00454

1,327

0,00395

1,31

10

0,101

1,276

0,00887

1,264

12

0,0188

1,217

0,0168

1,2

15

0,0367

1,154

0,0335

1,128

20

0,0751

1,099

0,0691

1,065

25

0,124

1,061

0,113

1,03

30

0,187

1,021

0,167

1

35

0,283

0,979

0,233

0,963

40

0,35

0,939

0,51

0,929

                                                                                                    

ПРИЛОЖЕНИЕ В

 

 

Рисунок В.1 – Зависимость множителя ослабления от аппроксимирующего параметра μ

 

 

Рисунок В.2 – К расчету времени ухудшения связи, вызванного субрефракцией радиоволн


Содержание

 

Введение. 3

1        Задание к выполнению курсовой работы.. 4

2        Методические указания к расчету. 8

2.1     Задача №1. 8

2.2     Задача №2. 16

2.3     Задача №3. 20

Список литературы.. 24

ПРИЛОЖЕНИЕ А.. 25

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. 26

ПРИЛОЖЕНИЕ В. 27