Некоммерческое акционерное общество
Алматинский университет
энергетики и связи
Кафедра
телекоммуникационных систем
СПУТНИКОВЫЕ И РАДИОРЕЛЕЙНЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ
Методические указания к выполнению курсовой работы
для бакалавров специальностей
5В074600 – Космическая техника и технологии,
5В071900 – Радиотехника, электроника и
телекоммуникации
Алматы 2013
Составители: Клочковская Л.П., Барсегянц К.В. Спутниковые и радиорелейные системы передачи. Методические указания к выполнению курсовой работы для бакалавров специальности 5В074600 – Космическая техника и технология, 5В071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации. – Алматы: АУЭС, 2013 – 31с.
Представлены задачи, методические указания к их расчету и оформлению. Приведены примеры и необходимая справочная информация для решения задач.
Ил. 7, табл 11, библиогр. - 11, назв.
Рецензент: доцент Башкиров М.В.
Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет энергетики и связи» на 2013г.
© НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2013 г.
Введение
Основной задачей курсового проектирования по спутниковым и радиорелейным системам передачи является определение параметров спутниковой системы и расчет устойчивости связи на пролете РРЛ.
При проектировании трасс радиорелейных линий важную роль играют условия распространения радиоволн, а также профиль местности. На устойчивость связи влияют основные закономерности распространения радиоволн в свободном пространстве, разновидности профилей пролетов: открытые, полузакрытые и закрытые, диапазоны частот, время суток, влияние атмосферы на условия распространения радиоволн и на дальность связи. В первом задании необходимо рассчитать устойчивость связи на пролете РРЛ, по известным высотным отметкам земли и указанным расстояниям от начала пролета построить чертеж продольного профиля пролета РРЛ.
Во втором задании необходимо выполнять энергетический расчет участка спутниковой линии. Спутниковая линия состоит из двух участков: «вверх» – передающая земная станция (ЗС) – бортовой ретранслятор и «вниз» - бортовой ретранслятор – приёмная ЗС. После расчета необходимо построить диаграмму уровней на участке.
Третье задание даёт представление об электромагнитной совместимости двух спутниковых систем: проектируемой и существующей. В конце расчета необходимо оценить величину мешающего влияния по сравнению со значением температуры при отсутствии влияния.
1 Задание к выполнению курсовой работы
1.1 Задание №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 1.1 – 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 |
100 |
150/0 |
140/15 |
160/25 |
140/20 |
140/30 |
30 |
18 |
Pasolink |
2 |
150 |
200/0 |
240/10 |
200/15 |
180/20 |
150/25 |
25 |
23 |
NERA |
3 |
200 |
210/0 |
220/10 |
230/15 |
230/20 |
230/25 |
25 |
22 |
Pasolink |
4 |
180 |
200/0 |
220/15 |
240/20 |
240/30 |
220/40 |
40 |
8,5 |
NERA |
5 |
150 |
170/0 |
200/10 |
200/20 |
180/30 |
160/45 |
45 |
15 |
Pasolink |
6 |
180 |
220/0 |
250/15 |
200/25 |
220/30 |
230/35 |
35 |
8 |
NERA |
7 |
140 |
150/0 |
170/10 |
250/20 |
230/25 |
240/30 |
30 |
14,5 |
NERA |
8 |
300 |
315/0 |
330/10 |
325/15 |
360/25 |
320/40 |
40 |
13 |
NERA |
9 |
250 |
250/0 |
270/5 |
285/10 |
270/15 |
280/25 |
25 |
22 |
Pasolink |
0 |
210 |
210/0 |
250/5 |
270/15 |
250/20 |
250/30 |
30 |
7,5 |
NERA |
Примечание: вариант выбирается по последней цифре зачетной книжки; данные из таблицы 1.1 (УНУ, отметки земли) увеличиваются на величину, равную двум последним цифрам зачетной книжки. Например, № зачетной книжки Б09125, значит, вариант выбирается пятый, значение УНУ=150+25=175 м, первая отметка 170+25=195м и т.д. Технические параметры аппаратуры приводятся в Приложении А.
Т а б л и ц а 1.2 – 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 Задание №2
Произвести энергетический расчет участков спутниковых линий «вниз» или «вверх»:
- определить значения мощности передатчика земной станции (ЗС) на участке «вверх» или мощности передатчика космической станции (КС) на участке «вниз», при которых спутниковый канал надежно работает в условиях помех и не содержит излишних энергетических запасов;
- построить диаграмму уровней сигнала на линиях «вверх» или «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.
Первая половина группы считает участок «вверх», вторая половина – «вниз».
Например, Беляков – вариант А считает участок «вверх» – Передающая ЗСА → бортовой ретранслятор ИСЗА.
Утегенов – вариант B считает участок «вниз» – Бортовой ретранслятор ИСЗВ → приёмная станция ЗСВ.
Таблица 1.3 – Варианты заданий
Варианты |
1,6 |
2,7 |
3,8 |
4, 9 |
5,0 |
Система спутниковой связи |
А |
В |
С |
D |
E |
Таблица 1.4 – Параметры приёмной станции
Система |
Диапазон, ГГц |
Диаметр антенны, м |
коорди- наты |
Коэффи-циент шума приёмни-ка |
Эффектив- ная полоса частот, МГц |
КПД АФТ |
Шумовая темпера-тура антенны, К |
A |
14/11 |
3 |
35° в. д. 60° с. ш. |
6 |
36 |
0,9 |
60 |
B |
14/11 |
8 |
85° в. д. 45° с. ш. |
8 |
72 |
0,8 |
58 |
C |
14/11 |
9 |
73° в. д. 49° с. ш. |
7 |
36 |
0,85 |
70 |
D |
14/11 |
10 |
52° в. д. 47° с. ш. |
5 |
33 |
0,9 |
80 |
E |
14/11 |
6 |
78° в. д. 42° с. ш. |
7,5 |
36 |
0,85 |
90 |
Таблица 1.5 – Параметры бортового ретранслятора
Система |
Диапазон частот,ГГц |
Координаты |
Коэффициент усиления антенны, дБ |
Коэф-т шума приём- ника |
КПД АФТ |
шумовая t°СЛК,К |
Спект-ральная плот-ность мощно-сти, дБ |
Шумовая t°антенны,К |
|
Приём |
Передача |
||||||||
A |
14/11 |
103°в.д. |
33 |
28 |
8 |
0,8 |
100 |
-54 |
40 |
B |
14/11 |
101°в.д. |
35 |
30 |
7,5 |
0,9 |
95 |
-53 |
50 |
C |
14/11 |
95°в.д. |
28 |
25 |
6 |
0,9 |
90 |
-52 |
55 |
D |
14/11 |
85°в.д. |
30 |
27 |
5 |
0,85 |
100 |
-51 |
60 |
E |
14/11 |
66°в.д. |
29 |
26 |
7 |
0,8 |
110 |
-50 |
45 |
Таблица 1.6 – Параметры передающей ЗС
Система |
Диапазон частот,ГГц |
Диаметр антенны,м |
Отноше- ние Рс/Рш, дБ |
Коорди- наты |
Эффектив- ная полоса частот, МГц |
КПД АФТ |
Спектральная плотность мощнос- ти, дБ Вт/м2 |
A |
14/11 |
6 |
16 |
78° в. д. 42° с. ш. |
36 |
0,95 |
-32 |
B |
14/11 |
10 |
16,5 |
52° в. д. 47° с. ш. |
33 |
0,9 |
-33 |
C |
14/11 |
9 |
15 |
43° в. д. 69° с. ш. |
36 |
0,85 |
-34 |
D |
14/11 |
8 |
14 |
65° в. д. 45° с. ш. |
72 |
0,9 |
-30 |
E |
14/11 |
3 |
17 |
55° в. д. 50° с. ш. |
36 |
0,8 |
-34 |
1.3 Задание №3
Рассчитать мешающее влияние одной спутниковой системы на другую, сравнить степень влияния с допустимым значением (6%) приращения шумовой температуры при отсутствии влияния.
Данные мешающей системы и данные подверженной влиянию системы выбираются согласно варианту из таблиц 1.4 – 1.7
Таблица 1.7 – Варианты заданий для задачи 3
Предпоследняя цифра зачетной книжки |
Последняя цифра зачетной книжки |
||||
0, 6
|
1, 7 |
2, 8 |
3, 9 |
4, 5 |
|
0, 5 |
А→B |
B→C |
C→D |
D→E |
A→B |
1, 6 |
А→C |
B→D |
C→E |
E→A |
A→C |
2, 7 |
А→D |
B→E |
D→A |
E→B |
A→D |
3, 8 |
А→E |
C→A |
D→B |
E→C |
A→E |
4, 9 |
В→A |
C→B |
D→C |
E→D |
B→A |
2 Методические указания к расчету задания 1
Исходные данные: длина пролета R0=30 км, 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 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 с достаточной для практических расчетов степенью точности по формуле:
, (2.1)
где R0 – длина пролета РРЛ, выражено в км.
Для сокращения размеров чертежа высотные отметки отсчитываются от линии условного горизонта, которая выбирается в зависимости от рельефа местности. Полученная кривая характеризует профиль интервала данного участка РРЛ.
2.2 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 минимальный просвет трассы путем оптимального 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:
, (2.2)
где – длина волны, м;
– относительное расстояние до препятствия.
Среднее значение изменения просвета за счет рефракции, существующее в течение 80% времени, вычисляется по формуле:
, (2.3)
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:
, (2.4)
где – значение стандартного отклонения, м-1;
y – находится по рисунку 2.1.
Рисунок 2.1 – К определению параметра у
Просвет в отсутствии рефракции радиоволн (при g=0) рассчитывается по формуле
. (2.5)
Пример. Для Акмолинской области и ,
; ,
,
,
.
Высоты подвеса антенн определим из рисунка 2.2. Для этого от критической точки профиля откладывается расстояние Н(0), и через данную точку проводится луч, соединяющий антенны.
Рисунок 2.2 – Профиль пролета РРЛ
При спокойном профиле (небольшая разница между УНУ и максимальной отметкой Земли) высоты подвеса антенн можно определить по формулам:
h1=xmax+H(0)+MN–CD, (2.6)
h2=xmax+H(0)+MN–YZ, (2.6)
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.
При резком увеличении высоты препятствия (более 90 м) проводится оптимизация высот подвеса антенн (см. рисунок 2.3).
Рисунок 2.3 – Выбор высот подвеса антенн
Для этого от критической точки профиля откладывается расстояние и через данную точку проводится три произвольных луча. Выбирается тот луч, у которого
,
где h1 – высота подвеса передающей антенны, h2 – высота подвеса приемной антенны.
2.3 Расчет запаса на замирание
Расчет запаса на замирание производится по формуле:
, (2.7)
где – коэффициент системы, дБ;
– коэффициенты усиления передающей и приемной антенн, дБ;
– коэффициент полезного действия антенно-фидерного тракта;
– затухание радиоволн в свободном пространстве, дБ.
, (2.8)
где f – частота передачи, МГц;
d=R0 – расстояние между передающей и приемной антеннами (длина пролета), км.
Пример. Расчет L0, Ft:
;
.
2.4 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 8.
Так как интенсивность дождя неравномерно распределяется вдоль трассы, определяем эффективную длину пролета:
, (2.9)
где R0 – длина пролета, км;
– коэффициент уменьшения;
– опорное расстояние, км.
Удельное затухание в дожде в зависимости от поляризации волны (дБ):
(2.10)
определяется для горизонтальной и вертикальной поляризации и выбирается наименьшее из них
, (2.11, а)
, (2.11, б)
где – коэффициенты регрессии.
Таблица 2.1 – 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 |
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: ,
, ,
, ,
.
2.5 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 2.2).
Относительная длина препятствия:
. (2.16)
Параметр , характеризующий аппроксимирующую среду:
, (2.17)
где (при остром препятствии) или (при спокойном профиле).
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 2.4 по значению .
Рисунок 2.4 – Зависимость множителя ослабления от аппроксимирующего параметра μ
минимальный допустимый множитель ослабления определяется по формуле:
. (2.19)
Параметр определяется по формуле:
, (2.20)
где .
Процент времени ухудшения связи, вызванного субрефракцией радиоволн, , определяется по рисунку 2.5.
Рисунок 2.5 – К расчету времени ухудшения связи, вызванного субрефракцией радиоволн
Пример: r=18,75 км.
,
, , .
Принимаем , тогда .
, , .
,
,
.
Оптимизация высот подвеса антенн проводится, если .
Принимаем Т0(Vmin)=0,001, при этом ψ = 4,3 по графику на рисунке 2.5. Из формулы 2.20 находим Определяем Δh и на эту величину увеличиваем h1 и h2 на пролете.
2.6 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.
2.7 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. , ,
,
.
2.8 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.
2.9 Выводы о результатах расчета
В данной работе были рассчитаны условия выполнения устойчивости связи на пролете радиорелейной линии прямой видимости с передачей цифровых сообщений.
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.
3 Методические указания для выполнения задания 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.
3.1 Энергетический расчет участка спутниковой линии «вверх» ЗС–КС
3.1.1 Наклонная дальность между ЗС и КС:
,
где ;
- широта ЗС;
- разность по долготе между ЗС и КС.
3.1.2 Суммарная шумовая температура:
,
где ТА – шумовая температура антенны КС;
η – КПД АФТ КС.
TПР=T0 . (KШ-1),
где Т0=290°К;
KШ – коэффициент шума приёмника КС;
TПР=290(8-1)=2030 К.
К.
3.1.3 Коэффициент усиления земной станции:
где D – диаметр антенны ЗС, м;
λ – длина волны для участка «вверх», м;
м.
g=0,6…0,8 – коэффициент использования поверхности антенны.
,
GЗС=10∙lg 6,5∙105=10(5+lg 6,5)=10(5+0.81)=58 дБ.
3.1.4 Мощность передатчика земной станции:
где d=м, Lдоп=2 дБ (1,58);
k=1,38∙10-23 – постоянная Больцмана;
ΔfШ – эффективная полоса частот ЗС;
a=6 дБ (3,98);
дБ (39,8);
GКС33 дБ (1995),
РЗС=22,39 дБ.
3.1.5 Ослабление сигнала на участке ЗС→КС
.
дБ.
3.1.6 Строим диаграмму уровней на участке ЗС – КС. (см. рисунок 3.1).
Рисунок 3.1 – Диаграмма уровней на участке ЗС – КС
3.2 Энергетический расчет участка спутниковой линии «вниз» КС–ЗС
Отличие расчета для участка КС-ЗС (вниз).
ЗС –приемная .
Пункт 3.1.2 ТА – шумовая температура ЗС.
η – КПД АФТ ЗС.
Кш – коэффициент шума приёмника ЗС.
Пункт 3.1.3 λ – длина волны для участка «вниз».
м.
Пункт 3.1.4: рассчитываем мощность передатчика космической станции,
коэффициент запаса «в» вместо «а».
Всё остальное считается согласно примеру расчета.
4 Методические указания к выполнению задания 3
4.1 Пример расчета электромагнитной совместимости мешающей системы N на систему, подверженную влиянию М (N→M)
Рисунок 4.1 – Схема ЭМС двух спутниковых систем N и М
4.1.1 Наклонная дальность между ЗС и КС:
а) между передающей земной станцией и спутником мешающей системы:
б) между передающей земной станцией мешающей системы «N» и спутником системы, подверженной влиянию «M»:
в) между спутником мешающей системы и приёмной земной станцией системы, подверженной влиянию:
4.1.2 Топоцентрический угловой разнос
- разность по долготе между спутниками
.
4.1.3 Коэффициент усиления антенны приёмной ЗС системы, подверженной влиянию, при условии D/λ>100; 3/0,027=111>100:
G(φ)M=32 – 25lgφ,
где должно выполняться условие
φz< φ<48°;
φz=15,85(D/ λ)-0,6, град
здесь D – диаметр антенны;
φz=15,85(3/0,027)-0,6=0,9°<15,3°<48°;
φ=Qt.
G(φ)M=32 – 25lg15,30=32 – 29,6=2,4 дБ.
4.1.4 Коэффициент усиления антенны передающей ЗС мешающей системы, при условии D/λ>100, φz<φ=<48°
D/λ=6/0,021=285>100,
φz=15,85(6/0,021)-0,6=0,53°<15,3°<48°,
G(φ)M=32 – 25lg15,30=32 – 29,6=2,4 дБ.
4.1.5 Увеличение шумовой температуры приёмной системы бортового ретранслятора, подверженного влиянию:
где - спектральная плотность мощности, подводимая к антенне мешающей передающей ЗС, дБ;
- коэффициент усиления антенны мешающей передающей ЗС, дБ;
- коэффициент усиления антенны спутника, подверженной влиянию (на приём), дБ;
- ослабление сигнала на линии мешающая передающая земная станция – спутник, подверженный влиянию, дБ;
4.1.6 Увеличение шумовой температуры на выходе приёмной антенны земной станции системы, подверженной влиянию:
где - спектральная плотность мощности, подводимая к антенне мешающего спутника, дБ;
- коэффициент усиления приёмной антенны земной станции системы, подверженной влиянию, дБ;
- коэффициент усиления антенны мешающего спутника ( на передачу), дБ;
- ослабление сигнала на линии мешающий спутник – приёмная земная станция системы, подверженной влиянию:
, дБ,
, дБ,
4.1.7 Приращение эквивалентной шумовой температуры линии
,
где γ= - 15 дБ (0,032) – коэффициент передачи спутниковой линии
, К,
если поляризация на двух системах одинаковая;
если разная, то
где - коэффициент развязки по поляризации.
Таблица 4.1 – Коэффициенты поляризации
Поляризация системы |
Коэффициент развязки по поляризации |
|
Полезной |
Мешающей |
|
Левосторонняя круговая |
Правосторонняя круговая |
4 |
То же |
Линейная |
1,4 |
Правосторонняя круговая |
То же |
1,4 |
Левосторонняя круговая |
Левосторонняя круговая |
1 |
Правосторонняя круговая |
Правосторонняя круговая |
1 |
Линейная |
Линейная |
1 |
4.1.8 Относительное приращение эффективной шумовой температуры приёмного тракта системы, подверженной влиянию:
где Т – шумовая температура спутниковой линии связи системы, подверженной влиянию:
%.
Между системами требуется коррекция.
4.2 Выводы по результатам расчетов ЭМС двух спутниковых систем связи
В случае, если относительное приращение эффективной шумовой температуры приёмного тракта системы, подверженной влиянию более 6%, то между спутниковыми системами требуется коррекция. Она заключается в следующем:
1) требуется увеличить угловой разнос между спутниками;
2) выбрать спутник системы подверженной влиянию с меньшим коэффициентом усиления;
3) уменьшить мощность передатчика земной станции мешающей системы до уровня , при которой ΔТЛ минимальна (менее 6%).
В случае, если относительное приращение эффективной шумовой температуры приёмного тракта системы, подверженной влиянию менее 6%, между системами не требуется коррекция, так как мешающая система не оказывает влияния на другую систему спутниковой связи.
Приложение А
Таблица А.1 – 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 |
Таблица А.2 – 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.
Таблица 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 |
Список литературы
1. Справочник по спутниковой и радиорелейной связи / Под ред. С.В. Бородича. -М.: Радио и связь, 2010.
2. Лобач В.С Короткий Г.Г Космические и наземные системы радиосвязи и телерадиовещания - СПб, 2008.
3. Лобач В.С. Спутниковые и радиорелейные системы передачи. – СПб., 2009.
4. Гаврилова И.И., Лобач В.С. «Радиорелейные линии и спутниковые системы передачи» - СПб, 2010
5. Лобач В.С., Яковлев В.И. «Спутниковые системы связи и РРЛ» – СПб., 2010.
6. Гомзин В.Н., Лобач В.С., Морозов В.А. Расчет параметров цифровых РРЛ, работающих в диапазонах частот выше 10 ГГц – СПб., 2011.
7. Левченко В.Н. Спутниковое телевидение. - СПб: BHV, 2009.
8. Клочковская Л.П. Спутниковые системы телерадиовещания. Методические указания к выполнению курсового проекта, АИЭС, 2007.
9. Клочковская Л.П. Организация и технологии оказания спутниковых и радиорелейных услуг в телекоммуникационных компаниях. Методические указания к выполнению расчетно-графичеких работ, АИЭС, 2009.
10. Клочковская Л.П., Закижан З.З. Организация и технологии оказания спутниковых и радиорелейных услуг в телекоммуникационных компаниях. Методические указания к выполнению практических работ, АИЭС, 2010.
11. Клочковская Л.П., Самоделкина С.В. Организация и технологии оказания спутниковых и радиорелейных услуг в телевидении и радиовещании. Методические указания к выполнению расчетно-графических работ для магистрантов специальности 6М071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации. – Алматы: АУЭС, 2011.
Содержание
Введение |
3 |
1 Задание к выполнению курсовой работы 1.1 Задание №1 |
4 4 |
1.2 Задание №2 |
5 |
1.3 Задание №3 |
6 |
2 Методические указания к расчету задания 1 |
7 |
2.1 Построение продольного профиля пролета |
7 |
2.2 Выбор оптимальных высот подвеса антенн |
8 |
2.3 Расчет запаса на замирание |
11 |
2.4 Расчет времени ухудшения связи из-за дождя |
11 |
2.5 Расчет времени ухудшения связи, вызванного субрефракцией радиоволн |
13 |
2.6 Проверка норм на неготовность |
16 |
2.7 Расчет времени ухудшения радиосвязи из-за многолучевого распространения |
17 |
2.8 Проверка норм на допустимое время ухудшения связи из-за многолучевого распространения радиоволн |
18 |
2.9 Выводы о результатах расчета |
18 |
3 Методические указания для выполнения задания 2 |
19 |
3.1 Энергетический расчет участка спутниковой линии «вверх» ЗС–КС |
19 |
3.2 Энергетический расчет участка спутниковой линии «вниз» КС–ЗС |
22 |
4 Методические указания к выполнению задания 3 4.1 Пример расчета электромагнитной совместимости мешающей системы N на систему, подверженную влиянию М (N→M) |
22 22 |
4.2. Выводы по результатам расчетов ЭМС двух спутниковых систем связи |
26 |
Приложения |
27 |
Список литературы |
29 |
Св. план 2013., поз.134
Клочковская Лариса Павловна
Барсегянц Ксения Владимировна
СПУТНИКОВЫЕ И РАДИОРЕЛЕЙНЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ
Методические указания к выполнению курсовой работы
для бакалавров специальностей
5В074600 – Космическая техника и технологии,
5В071900 – Радиотехника, электроника и
телекоммуникации
Редактор Сластихина Л.Т.
Специалист по стандартизации Молдабекова Н.К.
Подписано в печать
Тираж 50 экз.
Бумага типографская №1
Объем 1,9 уч.изд.л.
Заказ №___Цена 190 тг.
Копировально-множительное бюро
Некоммерческого акционерного общества
«Алматинский университет энергетики и связи»
050013, Алматы, ул. Байтурсынова,126