АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

 

Кафедра телекоммуникационных систем

 

СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ РАДИОСВЯЗИ И ТЕЛЕРАДИОВЕЩАНИЯ

 

Конспект лекций

(для студентов всех форм обучения

специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации)

 

СОСТАВИТЕЛИ: Л.П. Клочковская. Спутниковые системы радиосвязи и телевещание. Конспект лекций для студентов всех форм обучения, специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации.

 Данная разработка  предназначена для студентов всех форм обучения специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации.

В конспекте лекций рассматриваются описания систем спутниковой связи, основные характеристики стандартов и используемой аппаратуры.

 

Содержание 

Введение

1 Лекция 1. Состав и назначение систем спутниковой связи

2 Лекция 2. Основные показатели земных станций

3 Лекция 3. Состав земных и космических

4 Лекция 4. Орбиты спутников Земли

5 Лекция 5. Особенности энергетики спутниковых линий

6 Лекция 6. Эффект Доплера и запаздывание сигналов

7 Лекция 7. Электромагнитная совместимость ССС и наземного ТВ

8 Лекция 8. Технические параметры Intelsat, Intersputnik, KazSat

9 Лекция 9. Система VSAT. Станции VSAT - малые станции для

     телефонии и передачи данных. Принципы построения схемы, функции

10 Лекция 10. Технические параметры существующих и перспективных

сетей

Заключение

Список литературы

 

Введение

Цель изучения данной дисциплины: получить знания о современных спутниковых системах радиосвязи и телерадиовещания; их назначении, принципах построения, эффективных способах выбора основных параметров  и методиках проектирования, методах организации первичных электрических каналов по различным системам спутниковой радиосвязи.

В результате изучения дисциплины студент должен:

- приобрести знания о построении современных спутниковых системах;

- уметь использовать полученные знания для выполнения энергетических расчетов и общего проектирования спутниковых систем связи и телерадиовещания;

- приобрести навыки работы с приборами и аппаратурой, которая используется при настройке и технической эксплуатации спутниковых систем.

Курс «Спутниковые системы радиосвязи и телерадиовещания» изучается на завершающем этапе обучения студентов.

В курсе ССРиТРВ принят единый методологический подход к изучению современных спутниковых систем и устройств. Основополагающими дисциплинами при изучении курса «Спутниковые системы радиосвязи и телерадиовещания» являются «Теория электрической связи», «Теория передачи ЭМВ», «Радиопередающие устройства», «Радиоприёмные устройства», «Основы теории цепей», «Электроника». Предусмотренные программой ССРиТРВ знания являются базой для освоения специальности и формирования дипломированных специалистов направлений телекоммуникации.

1 Лекция 1. Состав и назначение систем спутниковой связи

 Цель: изучение основных понятий систем спутниковой связи.

Содержание: перечисляются все термины, рекомендуемые «Регламентом радиосвязи».

Основная идея создания систем спутниковой связи проста: промежуточный ретранслятор системы связи размещается на искусственном спутнике Земли (ИС3). Спутник движется по достаточно высокой орбите длительное время без затрат энергии на это движение. Энергоснабжение бортового ретранслятора и других систем спутника осуществляется от солнечных батарей, работающих почти все время под лучами ничем не затемненного Солнца.

На достаточно высокой орбите ИСЗ «видит» очень большую территорию - около одной трети поверхности Земли, поэтому через его бортовой ретранслятор могут непосредственно связаться любые станции, находящиеся на этой территории. Трех ИСЗ может быть достаточно для создания почти глобальной системы связи. В то же время современные технические средства позволяют сформировать достаточно узкий луч, чтобы при необходимости сконцентрировать энергию передатчика ИСЗ на территории небольшого государства. Это создает возможность эффективно использовать ИСЗ также и для обслуживания небольших зон.

По изложенным причинам спутниковая связь, начавшая свое развитие в середине 60-х гг. с появлением советского спутника «Молния» и американского «Телстар», быстро развивается во всем мире.

Создано большое число систем спутниковой связи и вещания, различных по функциям, обслуживаемой зоне, составу, емкости.

Приведем определения основных понятий, рассматриваемых в Справочнике, руководствуясь «Регламентом радиосвязи», ГОСТ, сложившейся практикой применения терминов.

Космическая радиосвязь- радиосвязь, при которой используют космические станции, расположенные на ИСЗ или других кос­мических объектах. Космическая станция  (КС) - станция, расположенная на объекте, который находится за пределами основной части атмосферы Земли (либо находился там, либо предназначен для вывода), например, на ИСЗ.

Земная станция (ЗС) - станция радиосвязи, расположенная на земной поверхности (или в основной части земной атмосферы) и предназначенная для связи с космическими станциями либо с другими земными станциями через космические станции или другие космические объекты, например, пассивные (отражательные) ИСЗ.

Спутниковая связь - связь между земными станциями через космические станции или пассивные ИСЗ. Таким образом, спутниковая связь - частный случай космической радиосвязи.

 Спутниковая линия - линия связи между земными станциями с помощью одного ИСЗ, на каждом направлении включает в себя участок Земля - спутник (рисунок 1) («линия вверх») и участок спутник - Земля  («линия вниз»).

Земные станции соединяются с узлами коммутации сети связи (например, с междугородной телефонной станцией - МТС), с источ­никами и потребителями программ телевидения, звукового вещания с помощью наземных соединительных линий (рисунок 1) либо устанавливаются непосредственно на МТС, телецентре и тому подобных источниках и потребителях информации.

Спутниковое вещание – передача радиовещательных программ (телевизионных и звуковых) от передающих земных станций к приемным через космическую станцию – активный ретранслятор. Таким образом, спутниковое вещание - это частный случай спутниковой связи, отличающийся передачей определенного класса односторонних (симплексных) сообщений, принимаемых одновременно несколькими ЗС либо большим числом приемных станций (циркуляр­ная передача).

В зависимости от типа земных станций и назначения системы различают следующие службы радиосвязи:

Фиксированная спутниковая служба (ФСС) - служба радиосвязи между ЗС, расположенными в определенных, фиксированных пунктах, при использовании одного или нескольких спутников; к фиксированной спутниковой службе относят также фидерные линии (линии подачи программ на космическую станцию) для других служб космической радиосвязи, например для радиовещательной спутнико­вой или спутниковой подвижной служб;

подвижная спутниковая служба (ПСС) - между подвижными ЗС (или между подвижными и фиксированными ЗС) с участием одной или нескольких космических станций (в зависимости от места установки подвижной ЗС различают сухопутную, морскую, воздушную подвижные спутниковые службы);

Радиовещательная спутниковая служба (РСС) - служба радио­связи, в которой сигналы космических станций предназначены для непосредственного приема населением. При этом непосредственным считается как индивидуальный, так и коллективный прием; в последнем случае программа вещания доставляется индивидуальным абонентам с помощью той или иной наземной системы распределения - кабельной или эфирной - передатчиком небольшой мощности. Заметим, что термин «радиовещание» объединяет телевизионное и звуковое вещание. Определенная таким образом радиовещательная спутниковая служба включает в себя не все виды систем спутникового вещания, а только те, которые предназначены для приема на сравнительно простые и недорогие приемные установки с качеством, достаточным для абонента, но часто более низким, чем это требуется от магистральных линий подачи программ на наземные вещательные станции.

При передаче радиовещательных программ с помощью систем ФСС различают прямое и косвенное распределение программ. В случае прямого распределения программы подают от системы ФСС непосредственно на наземные вещательные станции без каких-либо промежуточных распределительных систем, а в случае косвенного распределения программы поступают от земных станций ФСС для дальнейшего распределения по наземным сетям к различным наземным вещательным станциям.

Системы спутниковой связи (ССС) применяют для передачи различных видов информации:

программ телевидения; при этом следует различать системы об­мена ТВ программами между равноправными ЗС и системы циркулярного распределения программ от передающей станции к большому числу приемных ЗС;

других видов симплексных сообщений, чаще всего циркулярного характера: изображений газетных полос, программ звукового вещания;

телефонных сообщений, дуплексных по своему характеру; каналы тональной частоты или их группы можно использовать для обмена другими видами информации - телеграфной, дискретной от ЭВМ и других источников.

В зависимости от вида передаваемой информации различают универсальные многофункциональные системы, ЗС которых обмениваются различными видами информации (таковы Intelsat, «Орбита», ССС Канады Telesat и др.), и специализированные - для передачи одного вида или нескольких однородных видов информации (например, системы спутникового вещания «Экран», НТВ-Плюс для циркулярного распределения телевизионного и звукового вещания).

По охватываемой территории, размещению и принадлежности ЗС, структуре управления ССС можно подразделить на: международные, в состав которых входят станции различных стран; такие системы могут быть глобальными (со всемирным охватом), как «Интерспутник», Intelsat, либо региональными, как Evtel­sat, Arabsat; национальные, все 3С которой расположены в пределах одной страны, в том числе зоновые, все 3С которой расположены в пределах одной из зон (районов) страны, и ведомственные (деловые, фирменные) системы; 3С которых принадлежат одному ведомству (организации, фирме) и передают только деловую информацию и данные в интересах ведомства.

     В состав любой ССС, несмотря на их различие, входят несколько одинаковые по назначению элементы:

Космические станции (КС), представляющие собой ретрансляционное (приемопередающее) устройство, размещенное на искусственном спутнике Земли, с антеннами для приема и передачи радиосигналов и системами обеспечения: источниками энергоснабжения, системами ориентации антенн (на Землю) и солнечных батарей (на Солнце), системами коррекции положения ИС3 на орбите, терморегулирования и т.д.; земные станции (3С) различного типа.

Рассмотрим подробнее типы 3С.

Приемные ЗС распределительных систем  (систем спутникового вещания)- самый простой тип станций, осуществляющих только прием телевизионных программ и (или) других циркулярных про­грамм, например, звукового вещания, изображений газетных полос; обычно приемные 3С для удешевления снабжают антенной малого размера, а число таких ЗС в системе велико.

Передающие ЗС системы спутникового вещания (3С фидерной линии) - станции, осуществляющие передачу на участке 3емля - ИС3 циркулярных программ, подлежащих распре­делению по сети приемных станций; если передающая 3С находится в пределах обслуживаемой зоны и на ней возможен прием сигналов, излучаемых ИС3 этой системы, то такой прием обычно осуществля­ется для контроля качества вещания; передающих станций в системе может быть несколько.

Приемопередающие ЗС ПСС (ЗС1), работающие в сети дуплексной телефонной связи (в том числе с возможностью передачи по телефонным каналам, или группам каналов других видов сообщений - телеграфных, данных, программ звукового вещания и пр.), а также в сети обмена телевизионными программами; такие станции часто бывают укомплектованы аппаратурой, позволяющей работать через несколько стволов ИС3 одновременно; нередко приемопередающие станции телефонной системы являются также передающими или приемными станциями системы вещания; таковы многие 3С «Орбита» (3С1, 3С2).

Контрольные ЗС - станции, контролирующие режим работы ретранслятора космической станции, соблюдение земными станциями сети важных для работы всей сети показателей – излучаемой мощности, частоты передачи, поляризации, качества модулирующего сигнала и т.п. Роль контрольных ЗС в поддержании нормальной работы системы велика. Часто функции контрольной станции возлагаются на одну из передающих или приемопередающих станций сети.

Контрольные и центральные станции сети обычно имеют возможность обмена информацией со станциями сети по специально создаваемой подсистеме служебной связи. Обычно удается образовать эту подсистему через тот же ИСЗ, через который работает основ­ная сеть, но в некоторых случаях приходится использовать наземные каналы служебной связи.

Земные станции системы управления и контроля ИС3 - станции, осуществляющие управление функционированием КС и всеми другими подсистемами ИС3, контроль за их состоянием, выводом ИС3 на орбиту при первоначальных испытаниях и вводе в эксплуатацию КС.

Соединительные наземные линии служат для соединения ЗС с источниками и потребителями передаваемой информации, поскольку ЗС обычно удалена от них.

Выносное оборудование - та часть оборудования спутниковой связи, которая располагается на других объектах. Так, на МТС могут устанавливаться эхозаградители, аппаратура уплотнения, каналообразования и модуляции.

Центр управления системой связи - орган, осуществляющий руководство эксплуатацией системы и ее развитием.

 

2 Лекция 2. Основные показатели земных станций

 

Цель: изучение основных показателей земных космических станций, систем спутниковой связи.

Содержание: рассматриваются основные характеристики земных и космических станций, систем спутниковой связи.

Диапазоны частот на прием и передачу, на работу в которых рассчитано оборудование станции - антенна, приемная и передающая аппаратура; большинство ЗС ФСС работает в диапазонах 4 или 11 ГГц на прием и 6 или 14 ГГц на передачу.

Добротность станции на прием G/T - отношение усиления антенны (в децибелах на частоте приема) к суммарной шумовой температуре станции (в децибелах относительно 1 К); достигает 42 дБ/К для самых больших применяемых на практике антенн (диаметром: 32 м) и составляет 20…31,7 дБ/К для ЗС большинства национальных и региональных систем.

Эквивалентная изотропно излучаемая мощность (ЭИИМ) -произведение мощности передатчика на усиление антенны (в полюсе передачи) относительно изотропной антенны; обычно находится в пределах 50...95 дБВт. Для упрощенного расчета помех, создаваемых другим сетям связи, часто указывают максимальную спектральную плотность излучаемой ЗС ЭИИМ (Вт/Гц), хотя точный расчет перекрестных помех требует знания структуры применяемых в системе сигналов.

Диаметр антенны оказывает решающее влияние на размеры и стоимость 3С; он определяет добротность и ЭИИМ станции, а также ее пространственную избирательность; если в системе используется разделение сигналов по поляризации, необходимо указывать, с какой поляризацией станция работает на передачу и на прием. На ЗС телефонного обмена применяют антенны диаметром от 1,5...2,5 м до12 М, иногда до 32 м, на ЗС приема циркулярной информации от 0.45 до 2,5...4 м.

Антенна характеризуется показателями опорно-поворотного устройства и всей системы наведения антенны на ИСЗ. Различают антенны полноповоротные, способные направляться в любую точку небосвода, и неполноповоротные имеющие ограниченную область оперативного наведения на источник сигнала. Системы наведения антенн характеризуются также возможной скоростью и ускорением углового перемещения.

 

Основные показатели космических станций

Космическая станция характеризуется теми же показателями, что и ЗС: рабочим диапазоном частот, добротностью, ЭИИМ каждого передатчика, поляризацией излучаемых и принимаемых сигналов. Но значения ряда параметров существенно отличаются от указанных для ЗС. Например, добротность приемного тракта КС обычно составляет -10...+6 дБ/К (что вызвано не только меньшими размерами антенны, но и применением более простого и обладающего большей шумовой температурой входного малошумящего усилителя), ЭИИМ, как правило, не превышает 23...45 дБВт, достигая 52...58 дБВт на спутниках непосредственного телевизионного вещания.

Важной характеристикой бортового ретранслятора космической станции является число стволов.

Стволом ретранслятора или ЗС, или стволом спутниковой связи, будем называть приемопередающий тракт, в котором радиосигналы проходят через общие усилительные элементы (общий пере­датчик) в некоторой выделенной стволу общей полосе частот. Весь диапазон частот, в котором работает спутник связи, принято делить на некоторые полосы (шириной 27...36, 72...120 МГц), в которых усиление сигналов осуществляется отдельным трактом - стволом. Несколько стволов могут иметь общие элементы - антенну, волноводный тракт, малошумящий входной усилитель. С другой стороны, на ЗС полоса одного ствола может разделяться фильтрами для выделения и последующего детектирования сигналов от различных земных станций, проходящих через общий ствол ИСЗ (при частотном многостанционном доступе).

Вместо термина «ствол» часто применяется английский термин «транспондер».

Число стволов, одновременно действующих на ИСЗ, может составлять 6-12, достигая 27-48 на наиболее мощных ИСЗ. Сигналы этих стволов разделяются по частоте, пространству, поляризации. Числом стволов, их полосой пропускания и ЭИИМ определяется в основном важнейший суммарный показатель ИСЗ - его пропускная способность, т.е. число телефонных и телевизионных каналов, либо в более общем виде число двоичных единиц в секунду, которое можно передать через данный ИСЗ. Разумеется, о пропускной способности ИСЗ можно говорить лишь условно, поскольку она зависит от добротности применяемых в системе земных станций, а также от вида применяемых радиосигналов; пропускная способность, по существу,

- характеристика системы, а не ИСЗ. Тем не менее, в литературе часто используется понятие пропускной способности (емкости) ИС3.

         Пропускная способность ствола ИСЗ зависит в некоторой степени не только от основных показателей - полосы пропускания и ЭИИМ, но и от других параметров, определяющих искажения передаваемых сигналов: неравномерности амплитудной характеристики, коэффициента АМ-ФМ преобразования, неравномерности ГВЗ в полосе ВЧ ствола и др. Эти параметры влияют на взаимные помехи между сигналами различных ЗС, на достоверность приема сигналов и тем самым на энергетические потери, обусловленные прохождением сигналов через неидеальный тракт бортового ре­транслятора ИСЗ.

В зависимости от ширины диаграммы направленности бортовых антенн ИСЗ (или его отдельный ствол, если на борту несколько антенн и они различны) характеризуется зоной покрытия - частью по­верхности земного шара, в пределах которой обеспечивается уровень сигналов от ИСЗ, необходимый для их приема с заданным качеством на ЗС определенной добротности, а также гарантируется способность принять на входе ИС3 сигналы от ЗС, обладающих определенной ЭИИМ. Очевидно, что зона покрытия ИСЗ характеризует систему спутниковой связи, а не только собственно ИСЗ.

Зона покрытия определяется шириной диаграммы направленности антенны ИСЗ и рассчитывается как пересечение поверхности Земли конусом луча антенны. Форма этого сечения зависит от точки размещения ИСЗ, «точки прицеливания!» - точки пересечения оси главного лепестка антенны ИСЗ с земной поверхностью, а также от нестабuлъносmи положения ИСЗ и ориентации его антенн. В связи с нестабильностью вводится понятие гарантированной зоны обслуживания, в которой обеспечивается сохранение указанных ранее условий приема и передачи при любых сочетаниях отклонений ИСЗ и антенны ИСЗ от среднего положения.

Точка размещения ИСЗ на орбите, точка прицеливания его антенны, нестабильности этих параметров существенны не только для расчета зон обслуживания, но и для расчета взаимных помех между  ССС. Для упрощенного расчета взаимных помех частот также указывается максимальная спектральная плотность излучаемого ИСЗ потока мощности  

Важнейшим показателем ИСЗ, определяющим не только надежность и бесперебойность связи, но прежде всего экономические характеристики всей системы связи, является срок службы ИСЗ время наработки до отказа спутника целиком либо допустимого числа стволов космической станции, определяемое с высокой вероятностью - обычно 0,9 и более. В современных ИСЗ достигнут срок службы 10...12 лет и более благодаря высокой надежности элементов. гибкой и разветвленной схеме резервирования.

Основные показатели систем спутниковой связи

Зона обслуживания системы - это совокупность (объединение) зон обслуживания отдельных ИСЗ, входящих в систему, зона обслуживания отдельного ИСЗ это та часть поверхности Земли, на которой необходимо обеспечить нормальную работу земных станций.

Зоны отдельных ИСЗ обычно перекрываются между собой и поэтому общая зона оказывается по площади меньше суммы площадей отдельных зон.

Пропускная способность системы­  есть объединение пропускных способностей входящих в систему ИС3. В данном случае слову «объединение» (а не «сумма») придается тот же смысл. Пропускная способность системы оказывается меньше суммы пропускных способностей отдельных ИС3, поскольку для связи между собой станций, работающих через разные ИС3, часть каналов транслируется двумя КС последовательно - с помощью двухскачковых линий (3емля-ИС3-3емля-ИС3-3емля) или прямых межспутниковых соединений(3емля-ИС3- ИС3-3емля).

Если в ССС используется только один ИСЗ, зона обслуживания и пропускная способность системы и ИСЗ совпадают.

Пропускная способность системы зависит в некоторой степени от воздействия помех, создаваемых другими ССС; роль этих помех возрастает по мере увеличения числа спутников на орбите.

Далее, система спутниковой связи характеризуется числом и размещением ЗС, числом ИСЗ и типом их орбиты, точкой размещения на геостационарной орбите. Характеристикой системы являются также число стволов на ИСЗ, их полоса пропускания, полосы частот стволов на участках Земля-спутник и спутник-Земля.

Одной из важнейших характеристик системы является метод многостанционного доступа – метод совмещения сигналов, излучаемых различными ЗС, для их прохождения через общий ствол бортового ретранслятора космической станции. Многостанционный доступ (МД) применяют потому, что обычно оказывается неэкономич­ным создавать число стволов на ИСЗ, равное числу ЗС в системе. Применяют МД с разделением сигналов по частоте, форме и времени. Всякий способ МД приводит к потере пропускной способности ствола до 3...6 дБ, хотя в наиболее совершенных системах (с временным разделением - МДВР) эти потери могут не превышать 0,5...2 дБ.

      На энергетические характеристики системы связи, необходимую полосу частот, ее электромагнитную совместимость с другими системами существенно влияют применяемый метод модуляции; наиболее распространены частотная модуляция (ЧМ) при передаче сообщений в аналоговой форме и фазовая модуляция (ФМ) при передаче сообщений в дискретной форме. Метод модуляции и параметры модулированного сигнала должны быть согласованы с полосой пропускания и энергетикой стволов системы связи.

Важнейшей характеристикой системы является качество организуемых в ней каналов передачи сообщений - телевизионных, телефонных и др. В ССС качество каналов используется для создания международных либо междугородных каналов связи большой протяженности, и качество этих каналов соответствует требованиям. В системах телевизионного вещания с приемом сигналов простым и коллективными и особенно индивидуальными установками часто допускается пониженное отношение сигнал-шум. Причиной снижения отношения сигнал-шум является не только желание уменьшить стоимость приемной станции, но и возможность сохранить при этом достаточно высокое качество приема у абонента. Приемная станция такой системы приближенная  к абоненту,  упрощается либо вовсе исключается наземный телевизионный передающий центр.

Иногда и в телефонных каналах устанавливают несколько сниженное отношение сигнал-шум или сокращенную полосу пропускания. В таких специализированных (фирменных) системах упрощенные станции приближены к абоненту, и качество канала для абонента остается приемлемо высоким.

В некоторых ССС, построенных на основе частотного многостанционного доступа и передачи каждого канала на отдельной несущей, применяют шумоподавители (компандеры). Компандеры позволяют уменьшить заметность шумов на10...20 дБ и соответственно выиграть в энергетике.

 

     3 Лекция 3. Состав земных и космических станций

 

Цель: изучение структуры построения различных земных станций и бортового ретранслятора.

Содержание: рассматриваются структурные схемы и особенности построения ЗС и КС.

Рассмотрим простейшую земную станцию, предназначенную для приема однонаправленной информации – одноствольную приемную ЗС. Сигналы, излучаемые ИСЗ, принимаются (рисунок 2, а) антенной 1 ЗС, перехватывающей электромагнитное излучение и преобразующей его в электрическое напряжение. Далее принятый сигнал усиливается малошумящим входным устройством 2, содержащим малошумящий усилитель, смеситель, предварительный усилитель промежуточной частоты. Необходимые для преобразования частоты колебания формируются гетеродинным трактом 3. Основное усиление сигнала осуществляется в усилителе промежуточной частоты УПЧ 4, в состав которого входит фильтр (или фильтры), формирующий полосу пропускания, оптимальную для приема сигнала (полоса либо близка к полосе ствола, если принимаемый сигнал занимает весь ствол, как при приеме программ телевидения, многоканальных телефонных сообщений с временным многостанционным доступом и т.п., либо составляет лишь часть полосы ствола, например, при приеме телефонных сигналов в системе с частотным многостанционным доступом). За усилителем следуют демодулятор 5, выделяющий передаваемое сообщение, и оконечное каналоформирующее оборудование 6. Например, при приеме программ телевидения в устройстве 6 могут осуществляться регенерация синхросмеси, выделение канала звукового сопровождения, рассекречивание сигналов и т.п. Принятая информация поступает по наземной соединительной линии 7 к потребителю программ (или на телевизор, если это станция индивидуального приема). В современных приемных устройствах часто применяют двукратное преобразование частоты.

Комплекс 8 служит для наведения антенн на ИСЗ; в него входят привод, перемещающий антенну, и аппаратура наведения, управляющая его движением. В простых приемных станциях антенна обычно неподвижна (имеется лишь механизм неоперативной первоначальной ориентации) или имеет механизм установки в несколько фиксированных положений (позиционер).

Более сложные земные станции, предназначенные для дуплексной связи и работающие в нескольких стволах ИСЗ, строятся по более общей схеме (рисунок 2,б), где 1 - антенна с комплексом наведения, используемая обычно одновременно для приема и передачи; 2-фильтр разделения приема и передачи; 3- малошумящий усилитель; 4 - устройство сложения (фильтр сложения) сигналов пе­редатчиков различных стволов; 5 - устройство разделения (фильтр разделения) принимаемых сигналов различных стволов; 6 - передающее устройство ствола; 7 - приемное устройство ствола; 8 - каналообразующая аппаратура ствола; 9 - аппаратура соединительной линии, На схеме не показаны резервные комплекты и переключатели на резервные комплекты, обычно имеющиеся ЗС.

Рассмотрим основные элементы радиотехнического комплекса космической станции, входящего в систему спутниковой связи. Этот комплекс состоит из двух основных частей – антенн и бортового ретранслятора.

На борту современных связных ИСЗ обычно устанавливают несколько приемных и передающих антенн. Это объясняется необходимостью сформировать различные зоны обслуживания с целью привести в соответствие излучение антенн с размещением земных станций на поверхности Земли, чтобы не рассеивать энергию бесполезно на те районы, где она используется. Высокая направленность приемных и передающих антенн ИСЗ способствует также уменьшению взаимных помех с другими системами связи - спутниковыми и на­земными, повышает эффективность использования геостационарной орбиты.

Сигнал, принятый антенной КС, поступает на входное малошумящее устройство 1 (рисунок 2, б), В качестве которого на ИСЗ применяют смесители, усилители на малошумящих ЛБВ или транзисторах.

Принятый сигнал усиливается на частоте приема, промежуточной частоте и частоте передачи. В современных ИСЗ часто осуществляется не двух-, а однократное преобразование частоты, непосредственно с входной в выходную, при этом усилитель ПЧ отсутствует.

В схеме могут применяться устройства разделения, коммутации, объединения сигналов (коммутатор на рисунке 2,б), цель которых подать сигналы, адресованные тем или иным ЗС, на передающие антенны с соответствующей зоной обслуживания. Перспективны системы с быстродействующей переориентацией узкого луча антенны (коммутацией луча), что позволяет осуществлять связь со многими 3С через остронаправленные антенны, не увеличивая числа антенна борту ИСЗ, многократно использовать полосу частот.

На рисунке 2,б не показаны резервные элементы и устройства переключения на резерв; эти схемы обычно достаточно сложны, поскольку степень резервирования различна для разных элементов трактов зависимости от их надежности, важности для жизнеспособности ИСЗ, срока службы.    

В некоторых случаях, на космической станции выполняется более сложная обработка сигналов, например, преобразование вида модуляции, регенерация сигналов, передаваемых в дискретной форме.

 

4 Лекция 4. Орбиты спутников Земли

 

Цель: изучение основных характеристик орбит ИСЗ, особенности геостационарной орбиты.

Содержание: рассматривается уравнение эллиптической орбиты и свойства геостационарной орбиты.

Орбитой называется траектория движения искусственного спутника Земли. После вывода спутника на орбиту ракетные двигатели выключаются, и спутник, как и всякое небесное тело, движется по инерции и при воздействии гравитационных сил, главная из которых - притяжение Земли.

Если принять, что Земля - идеальный шар и на спутник действует только сила притяжения Земли, то движение спутника подчиняется известным из астрономии законам Кеплера. Орбита имеет форму эллипса (рисунок 3), в одном из фокусов (а не в центре) которого располагается Земля. Плоскость орбиты проходит через центр Земли и остается неподвижной во времени. Поскольку при движении в безвоздушном пространстве энергия не расходуется, то полная механическая энергия ИСЗ (кинетическая и потенциальная) не меняется в течение длительного времени. Это приводит к тому, что при удалении от Земли скорость спутника и его кинетическая энергия падают, при приближении к Земле - растут. Уравнение эллиптической орбиты ИСЗ в полярной системе координат

           (1)

где r - модуль радиуса-вектора (т.е. расстояние от ИСЗ до центра Земли);

 - угловая координата радиуса-вектора (астрономы называют этот угол «истинная аномалия»);

 е - эксцентриситет орбиты;

 - фокальный параметр; а, b - большая и малая полуоси эллипса.

Эксцентриситет е может иметь значения в интервале 0 < е < 1.

При е = 0 эллипс превращается в окружность, фокусы сливаются с центром, r = р. Точка орбиты, соответствующая минимальному расстоянию до центра Земли, называется точкой перигея орбиты (); максимальному - точкой апогея (). Отсчет углов ведется от направления на перигей по направлению движения спутника, т.е. перигею соответствует  = 0, а апогею -  = .

Параметры эллипса связаны между собой соотношениями

 

  

 

    

 

      Фокусы эллипса отстоят от его центра на расстояние ае. Высота орбиты (высота ИСЗ над поверхностью Земли) Н = r - R, где R - радиус Земли.

Важная характеристика орбиты-спутника – наклонение ее плоскости к плоскости экватора Земли, характеризуемое углом i между этими плоскостями (рисунок 3). По наклонению различают экваториальные (i = 0), полярные (i = .), наклонные (0 < i < ,  < i < ) орбиты.

Точка, в которой орбита пересекает плоскость экватора при движении спутника на север, называется восходящим узлом орбиты (точ­ка А на рисунке 4).

Точка пересечения с поверхностью Земли радиуса-вектора, проведенного в точку размещения спутника из центра Земли, называ­ется подспутниковой. Долгота подспутниковой точки при размещении ИСЗ в апогее называется долготой апогея и характеризует сдвиг большой оси орбиты относительно начального меридиана.

 

Геостационарная  орбита

Геостационарный спутник получил свое название из-за очевидного свойства; такой спутник стационарен, неподвижен относительно поверхности Земли; он как бы висит над некоторой точкой поверхности Земли, расположенной на экваторе на высоте 35 875 км над поверхностью Земли.

Достоинства геостационарных ИСЗ для систем связи:

-непрерывная, круглосуточная связь, без переходов с одного (за­ходящего) ИСЗ на другой;

-на антеннах  ЗС можно упростить или исключить системы автоматического сопровождения ИСЗ;

-более стабильно ослабление сигнала, на трассе между земной и

космической станцией;

-отсутствует (или становится весьма малым) частотный сдвиг, обусловленный эффектом Доплера;   

-зона видимости геостационарного ИСЗ - около одной трети земной поверхности (рисунок 6);

-трех геостационарных ИСЗ достаточно для создания практически глобальной системы связи.

     Геостационарная орбита уникальна: ни при каком другом сочетании параметров нельзя добиться неподвижности свободно движущегося ИСЗ относительно земного наблюдателя. Благодаря своим преимуществам геостационарная орбита широко используется спутниками связи и на многих участках в наиболее удобных полосах частот насыщена спутниками до предела.

     Однако в полярных широтах углы места антенны земной станции, направленной на геостационарный ИСЗ, малы, а вблизи полюса он просто не виден. Малые углы места приводят к затенению спутника местными предметами, увеличиваются шумы антенной системы станции, создаваемые радиошумовым излучением Земли. Углы места на геостационарный ИСЗ уменьшаются также с удалением по долготе точки приема от долготы ИСЗ.

     Таким образом, для обслуживания территорий в высоких широтах геостационарный ИСЗ должен размещаться как можно ближе к центральной долго­те обслуживаемой зоны.

Участок ГО, в пределах которого можно менять точку стояния ИСЗ с сохранением необходимой зоны обслуживания, называется дугой обслуживания.

Неизбежное на практике отклонение начальных параметров орбиты от необходимых, возникающее при выводе ИСЗ на ГО, а также влияние ряда возмущающих  факторов, нарушающих центральное гравитационное поле Земли, приводят к тому, что реальный ИСЗ всегда несколько отличается от строго геостационарного. Так, если орбита в результате неточности вывода обладает эксцентриситетом е, то спутник будет колебаться по долготе около среднего положения с амплитудой 2е.

Отклонение от строгой экваториальности (наклонение i =0) вызывает колебания спутника по широте и долготе (рисунок 5), причем амплитуда колебаний по широте равна наклонению, период равен периоду обращения спутника. Следует иметь в виду, что наклонение орбиты возникает даже при первоначальном выводе ИСЗ на строго экваториальную орбиту, под влиянием гравитационных полей Луны и Солнца. Изменение наклонения за год может составить 0,76…в зависимости от астрономической даты, так что уже через год - два существования ИСЗ его колебания из-за возникающего наклонения орбиты значительно влияют на работу системы связи: сокращают зону обслуживания, требуют автоматического наведения земных антенн, вызывают периодическое сближение соседних ИСЗ и соответствующее увеличение взаимных; помех между ними. Регламент радиосвязи рекомендует, чтобы нестабильность положения современных геостационарных ИСЗ по долготе не превышала . Для соблюдения стабильного положения геостационарного ИСЗ приходится периодически осуществлять коррекцию его движения, сообщая ему необходимое по величине и направлению ускорение; для этого на спутнике устанавливаются специальные корректирующие двигатели.

 

5 Лекция 5. Особенности энергетики спутниковых линий

 

Цель: изучение особенностей энергетики спутниковых линий. Построение диаграммы уровней на участках «вверх» и «вниз».

Содержание: рассматриваются основные формулы, характеризующие энергетический режим спутниковой линии. Приводится пример диаграммы уровней.

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 ограничения 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 ИC3 36тыс. 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.

Нормы на некоторые качественные показатели спутниковых каналов (в том числе на отношение сигнал-шум) имеют статистический характер. Это заставляет проводить количественную оценку возмущающих факторов также статистически, т.е. при расчетах вводить не только количественную  меру воздействия того или иного фактора, но и вероятность его появления.

Необходимо учитывать характер и число передаваемых сигналов, а также характер их преобразования (обработки) в спутниковом peтрансляторе. В простейшем случае, например, при передаче программ телевидения, бортовой ретранслятор работает в односигнальном режиме, типичном для наземных радиорелейных линий, и лишь усиливает ретранслируемый сигнал. При передаче телефонных сигналов с многостанционным доступом через бортовой ретранслятор проходит несколько сигналов, разделенных по частоте, времени или форме, оказывающих взаимное влияние, которое должно учитываться при расчете энергетики спутниковых линий. При этом в зависимости от типа и назначения системы на борту может применяться та или иная обработка сигнала, в том числе его полная регенерация, уменьшающая накопление шумов и искажений, возникающих на участках трассы.

Уравнения связи для спутниковых линий

Структурная схема одного участка линии связи и диаграмма уровней сигнала приведены на рисунке 7.

 

Эквивалентная изотропно излучаемая мощность (ЭИИМ) передающей станции

                    (2)

где Рпер — эффективная мощность на выходе передатчика;

— коэффициент передачи (по мощности) волноводного тракта (КПД тракта);

Gпер— коэффициент усиления передающей антенны относительно изотропного излучателя.

 Затухание энергии сигнала в свободном пространстве, опреде­ляемое уменьшением плотности потока мощности при удалении от излучателя

 

         (3)

где λ — длина волны;

d — наклонная дальность (расстояние между передающей и приемной антеннами).

Кроме этих основных потерь,  на трассе присутствуют и другие дополнительные потери Lдоп; полное значение потерь на трассе

.

В точке приема установлена антенна с коэффициентом усиления Gпр, связанная с приемником волноводным трактом с коэффициентом передачипр. При согласовании волновых сопротивлений антенны, элементов тракта и приемника мощность сигнала на входе приемника

 

Полученное выражение пригодно для расчета любых радиоли­ний прямой видимости. Когда параметры антенны заданы в виде эффективной площади ее апертуры Sпр, связанной с коэффициентом усиления соотношением Gпр=, предыдущее выражение может быть представлено в виде

         (4)

Формула (4) позволяет определить необходимую мощность передатчика по заданному значению мощности сигнала на входе приемника. Отметим, что в нее не входит длина волны . Следовательно, когда передающая антенна имеет постоянный коэффициент усиления на всех частотах, а приемная — постоянную эффективную площадь апертуры (т.е. сохраняет способность эффективно работать по мере возрастания частоты), мощность сигнала на входе приемника в первом приближении не зависит от частоты (в действительности некоторая зависимость от частоты имеется, так как Lдоп в значительной степени определяется диапазоном частот).

При расчете линии часто оказывается заданной не мощность сигнала на входе приемника, а отношение сигнал-шум на входе приемника (Рсш)вх, тогда в (4) следует подставить Рпр = Ршс/ Рш)вх, где Рш - полная мощность шума на входе приемника.

Поскольку в диапазонах частот, где работают спутниковые си­стемы, шумы, создаваемые различными источниками, имеют аддитивный характер, их суммарная мощность достаточно полно выра­жается формулой

где k = 1,38 • 10-23 Вт/Гц • град. — постоянная Больцмана;

 — эквивалентная шумовая температура всей приемной системы с уче­том внутренних и внешних шумов;

 — эквивалентная (энергетическая) шумовая полоса приемника.

В ряде случаев при расчете энергетики спутниковых линий необходимо знать напряженность электромагнитного поля, создаваемого излучением ИСЗ на поверхности Земли А0  или плотность потока мощности излучения ИСЗ у поверхности Земли W

где — волновое сопротивление свободного пространства; единицей величины А0 является милливатт на метр (мВт/м); единицей величины W — ватт на квадратный метр (Вт/м2).

В свою очередь, мощность сигнала ИС3, воспринимаемая земной приемной антенной с эффективной площадью апертуры Sпр, может быть определена через плотность потока и напряженность поля следующим образом:

Приведенные формулы устанавливают связь между основными параметрами линии и являются исходными  соотношениями для вывода уравнений, описывающих энергетику спутниковых линии.

 

6 Лекция 6. Эффект Доплера и запаздывание сигналов

 

Цель: изучение Эффекта Доплера и его влияние на прохождение радиосигнала на спутниковой линии.

Содержание: рассматривается явление запаздывания сигналов по причине эффекта Доплера и его влияние на качество связи.

 

Эффектом  Доплера называют физическое явление, заключающееся в изменении частоты принятых колебаний при взаимном перемещении передатчика и приемника этих колебаний. Этот  эффект может возникать при движении ИСЗ на орбите.

Если передатчик неподвижен относительно приемника, то длина волны в системах отсчета, связанных с приемником либо передатчиком

           (5)

где с – скорость света;

частота колебаний.

Если же передатчик движется относительно приемника со скоростью v, направленной под углом  к направлению линии связи (рисунок 8), то в системе отсчета, связанной с приемником (земной станцией на рисунке 8), длина волны изменится на величину, равную изменению расстояния за время  одного периода излучаемого колебания

                                 .          (6)

Длина волны колебания, частота и относительное изменение частоты у приемника соответственно равны

 ,          .      (7)

 

Эффект Доплера наибольший, если движение передатчика относительно приемника происходит вдоль линии связи  или

                                                              (8)

при сближении передатчика и приемника частота колебаний возрастает пропорционально  / с, при удалении уменьшается по тому же закону.

На линии связи через строго геостационарный спутник доплеровский сдвиг не возникает, в случае реальных геостационарных ИС3 - малосуществен, а при сильно вытянутых эллиптических или низких круговых орбитах может быть значительным. Расчет его сводится к расчету отношения    для некоторой траектории движения ИС3.

При этом в линии спутниковой связи необходимо учитывать сложное движение и ИСЗ, и расположенной на поверхности Земли ЗС; при этом следует принимать во внимание как участок ЗС-ИСЗ, так и участок ИС3-­ЗС, причем на этих участках доплеровский сдвиг может быть различным по модулю и даже по знаку.

Суммарный доплеровский сдвиг максимален для линий связи между близко расположенными ЗС, когда на обоих участках (Земля-спутник и спутник--Земля) сдвиг примерно одинаков и потому на всей линии удваивается. Результаты расчета доплеровского сдвига частоты для .высокой эллиптической орбиты типа «Молния» приведены на рис. 8 в виде двух кривых - для максимального (mах) и минимального (min) значений сдвига; здесь же показана соответствующая высота ИСЗ (Н). Следует учитывать, что ИСЗ на орбите типа «Молния» обычно включается в работу только на высоте более 15. . .20 тыс. км.

Для круговых орбит максимальный доплеровский сдвиг частоты (для одного участка) можно приближенно определить из соотношения:

где N - число оборотов ИСЗ вокруг Земли за сутки (N > 1).

Для реальных геостационарных ИСЗ относительный доплеровский сдвиг обычно не превышает .

Теперь рассмотрим влияние доплеровского сдвига на работу линии связи. Во-первых, доплеровский сдвиг проявляется как частотная нестабильность несущей частоты ретранслируемых спутником колебаний, добавляющаяся к аппаратурной нестабильности частоты, возникающей в бортовом ретрансляторе и ЗС. Эта нестабильность может существенно осложнять прием сигналов, особенно узкополосных, приводя к снижению помехоустойчивости приема. Во-вторых, несколько изменяется частота модулирующих колебаний. Действительно, если частота несущей  сдвигается на , то частота верхней боковой составляющей (+ F),

обусловленной компонентом F модулирующего процесса, составит , нижней боковой - соответственно . Таким образом, разность частот боковых и несущей, равная частоте колебания, образующегося после демодуляции, составляет F(l + /c).

Это сжатие (или расширение) спектра передаваемого процесса практически невозможно компенсировать аппаратурными методами, так что если сдвиг частоты превысит допустимые пределы (например, 2 Гц для некоторых типов аппаратуры частотного разделения каналов), то канал оказывается неприемлемым. К счастью, возникающая на практике нестабильность обычно меньше допустимых пределов.

Эффект Доплера может создать трудности при передаче дискретных сигналов в синхронных сетях. В таких сетях, стремясь избежать потерь пропускной способности из-за асинхронного ввода сигналов от различных источников, устанавливают весьма высокие требования к стабильности частоты передаваемых сигналов -  и выше. В такой сети линия спутниковой связи даже через геостационарный ИС3 окажется источником недопустимо большой нестабильности. Исправить положение можно, установив буферные запоминающие устройства и затем считывая информацию с необходи­мой стабильностью.

Эффект Доплера объясняется изменением расстояния во времени. Однако, как уже отмечалось, на свойства каналов связи существенно влияет и само запаздывание радиосигнала при его распространении по линии 3емля-спутник-3емля, а не только его изменение. Это постоянное запаздывание не приводит к каким-либо искажениям передаваемого сообщения. Для геостационарного ИСЗ или для ИСЗ на верхней части орбиты «Молния» запаздывание достигает заметного значения - 300 мс. При передаче однонаправленных сообщений (программ телевидения, звукового вещания, газетных полос, телеграфных и других дискретных сообщений) запаздывание потребителем не ощущается, но при дуплексной связи запаздывание ответа на 600 мс уже заметно. Для дуплексной связи применяют двухпроводные абонентские линии и четырех проводные линии между узлами коммутации: в точках перехода с четырех проводной цепи на двухпроводную всегда возникает некоторая несогласованность и, следовательно, образуются отражения (эхосигналы), распространяющиеся по линии связи В обратном направлении и достигающие уха говорящего абонента через интервал времени, равный двойному времени распространения сигнала по линии связи. Когда это запаздывание невелико, эхосигналы воспринимаются как некоторое послезвучание (гулкость), маскируются собственной речью абонента и мало мешают разговору. Если же запаздывание велико, то они воспринимаются раздельно, как четкое эхо, и создают серьезную помеху разговору. Поэтому в каждом канале на линиях спутниковой связи (как и на особо длинных наземных линиях) обязательно применяют специальные устройства - эхозаградители или компенсаторы, запирающие «обратный» говорящему абоненту канал. Однако, даже при наличии эхозаградителей разговор по двухскачковой линии становится затруднительным. Вследствие этого налагается ограничение на применение составных линий связи, содержащих два пролета Земля-ИСЗ-Земля, особенно в автоматизированной сети связи. В исключительных случаях двухскачковые линии применяются, например, при узловой структуре сети.

Запаздывание сигналов на линии спутниковой связи и его изменение существенны и при передаче некоторых видов информации в циркулярных сетях, например, сигналов точного времени либо изображений газетных полос (ИГП). В последнем случае, поскольку ча­стота развертки приемного аппарата сохраняется неизменной в течение всего времени передачи полосы (синхронизация разверток: производится в начале сеанса), а время распространения изменяется из-за движения ИСЗ, то сдвигается момент начала каждой строки и происходит перекос принятой полосы, имеющий существенное значение при передаче ИГП через ИСЗ на эллиптической орбите.

 

7 Лекция 7. Электромагнитная совместимость ССС и наземного ТВ

 

Цель: изучение условий электромагнитной совместимости ССС и наземного ТВ.

Содержание: приводится пример расчета защитных отношений при работе наземного ТВ спутниковой радиовещательной службы в общей полосе частот.

 

3еркальный канал, занимает полосу  частот, ограниченную значениями,  и  

где  - несущая частота изображения канала приема; 

- номинальное значение промежуточной частоты несущей изображения;

 и  - граничные частоты канала приема (основного канала).

Частотные ТВ каналы распределены так, что передатчики могут создавать помехи в зеркальных каналах лишь в диапазоне дециметровых волн, начиная с 29-го канала. В диапазоне метровых волн, в зеркальных по отношению к ТВ каналам работают РЭС других радиослужб. Значения защитных отношений при помехе от зеркального канала зависят от промежуточной частоты, степени подавления сигнала зеркального канала в приемнике, мешающего сигнала. При работе ТВ передатчика в полосе зеркального канала помеху основному каналу могут создавать несущие изображения или звукового сопровождения либо обе вместе. Для канала приема с номером п (канал п) при отечественном стандарте в полосу частот зеркального канала попадают каналы с номерами п+8 и п+9 (каналы п+8 и п+9), причем основные помехи приему будут создавать несущие изображения канала п+9 и звукового сопровождения канала п+8. Значения защитных отношений, требуемых в УВЧ диапазоне при помехах от ТВ сигналов зеркальных каналов, приведены в таблице 1.

В таблице 1 приведены значения для случая кратковременной помехи (при длительной помехе их следует увеличить на 10 дБ) и в предположении, что в полезном и мешающем сигналах отношение мощности изображения к мощности звукового сопровождения, дБ, для стандартов:

 

D, G, H, I, K……………………………………………………………………...7

K1, L……….…………………………………………………………………….10

 

Т а б л и ц а  1 – Значения защитных отношений, дБ, при помехе от сигналов зеркальных каналов в диапазоне УВЧ

 

 

     Регламентом радиосвязи предусмотрена работа наземного телевидения и спутниковой радиовещательной службы, использующей ЧМ, в общих полосах частот. При помехе от ЧМ ТВ сигнала с любым значением пиковой девиации  значение защитного отношения можно вычислить (для качества изображения, оцениваемого не ниже 4,5 баллов) по формуле: , где Ао - защитное отношение при значении девиации частоты Dov, принятом за опорное (определяется по соответствующей кривой  на рисунке 10 для заданного качества).

При помехе от нескольких одновременно воздействующих ЧМ радиосигналов звука значения защитных отношений для наземного АМ-ОБП телевидения (рисунок 11) соответствуют порогу заметности помехи на изображении(оценка 4,5 балла). Рассматриваемый случай характерен, например, для помехи от спутникового радиовещания с ЧМ когда в полосу частот ТВ радиоканала попадает группа N узкополосных сигналов одинакового уровня. При этом нор­мируют уровни сигналов группового и единичного (одного из суммы N меша­ющих сигналов). Кривая 1 определяет защитные отношения

 где  - средняя мощность сигнала изображения в пике огибающей модуляции;

   -средняя мощиость узкополосного ЧМ радиосигна­ла звука. Кривая 2-для Ai(N)=I01g Pс/Pi.

Поскольку мешающее воздействие нескольких источников равной мощности на ТВ изображение возрастает пропорционально увеличению их суммарной мощности, для единичного из N мешающих сигналов значение защитного отношения . Таким образом и вычисляли значения ор­динат кривой 2 (рисунок  11), основываясь на результатах экспериментальных ис­следований (кривая 1).

 

    

Для обеспечения ЭМС наземного и спутникового ТВ вещания нормируют значение максимально допустимой плотности потока мощности последнего у поверхности Земли

=Ftqp­-Аq+Dd+Dр-Мr-

 где  - плотность потока мощности, дБВт/;

Ftqp­-минимальное значение плотности потока мощности полезного сигнала, при ко­тором обеспечивается заданное качество q приема в требуемом проценте вре­мени р, дБВт/;

Aq - защитное отношение, дБ;

Dd - коэффициент, учитывающий разницу в усилении приемной антенной полезного и мешающего сигналов, дБ;

Dp - коэффициент, учитывающий поляризационную защиту, д.Б;

Мr - коэффициент, учитывающий влияние отражений от земной поверхности, от Земли волны, дБ;

 - коэффициент, учитывающий возможность приема мешающих сигналов от нескольких спутников одновременно.

Минимальные значения напряженности поля сигнала для наземной ТВ службы с АМ-ОБП установлены МККР. Плотность потока мощности

F=E-146 в дБВт/, где Е - напряженность поля, дБмкВ/м. Для нашей страны  в диапазоне Ftqp­=-76дБВт/ (Е=70 дБмкВ/м). Коэффициент помехозащищенности приемной антенны Dd в зависимости от углов прихода полезного сигнала и помехи к приемной антенне службы наземного ТВ вещания может меняться от нуля до Ddмакс (причем 0 ДБ соответствует углам в пределах главного направления ДН).

Для планирования принимают D р = 2 дБ.

Коэффициент М может меняться в пределах 0...6 дБ в зависимости от xaрактepa отражающей поверхности и фазы отраженной волны (нуль соответствует рассеянному отражению, 6 дБ - зеркальному отражению и синфазному сложению прямой и отраженной волн). При планировании диапазона ДМВ можно считать отражение от земли близким к рассеянному, а значение Мr=З дБ.

Вероятность работы двух ИСЗ в общем частотном канале на соседние зоны мала, можно принять Mi=0.

В наземной сети наиболее вероятны интерференционные помехи на той час­ти зоны обслуживания, которая находится ближе всего к мешающему передатчику. Применение направленных приемных антенн может существенно ослабить помеху, поэтому размеры пораженной области будут сравнительно малы. Поэтому качество приема ТВ передач даже вблизи границ зоны обслуживания будет выше нормируемого.

Если источником мешающего сигнала служит бортовой ретранслятор ИС3, помехи приему наземного ТВ передатчика могут наблюдаться вблизи всей границы зоны обслуживания, причем, несмотря на применение направленных приемных антенн, на достаточно большой площади.

     Учитывая это обстоятельство, а также то, что поле сигнала спутникового ретранслятора во времени изменя­ется незначительно, при нормировании помех от спутниковых служб МККР рекомендуют использовать значения защитных отношений, соответствующие порогу заметности помехи. При этом не учитывают влияние шумов на уровень порога заметности широкополосного ЧМ ТВ сигнала.

При рассмотрении помех наземному ТВ вещанию от ЧМ сигналов изображения спутниковых ТВ служб фактор совместного  воздействия шумов и периодических помех следует учиты­вать.

На рисунке 12 приведена зависимость порога заметности на изображении помехи от ЧМ ТВ сигнала от уровня шумов  (девиация несущей частоты ЧМ сигнала равна 9 МГц). Как видно из рисунка 12, перегиб кривой соответствует отношению С/Ш=51 дВ, т. е. по­рогу заметности шумов, а увеличение уровня шумов приводит к пропорциональному снижению порога заметности ЧМ ТВ сигнала на изображении. Учет этого фактора имеет важное значение при решении проблемы ЭМС спутниковых и наземных ТВ служб, поскольку реально допустимое значение плотности потока мощности  сигнала ретранслятора ИСЗ оказывается существенно выше, чем определеннее при лабораторных исследованиях. Действительно, если на границе зоны обслуживания наземного передатчика на выходе ТВ приемника взвешенное отношение С/Ш=46 дБ, то, как видно из рисунка 12, порог заметности ЧМ сигнала снизится на 5 дБ по сравнению с его значением в отсутствие шумов. Математическая интерпретация зависимости представлена на рисунке 12 и имеет вид С/П=(С/Ш)-1, дБ, при (С/Ш)51 дБ.

 

8 Лекция 8. Технические параметры Intelsat, Intersputnik, KazSat

 

Цель: изучение технических характеристик систем спутниковой связи.

Содержание: проводится сравнение параметров ССС «Intelsat», «Интерспутник», «Kazsat».

Т а б л и ц а  2

Параметры спутниковых систем

 

Intelsat

 

 

"Интерспутник"

 

Статус

Глобальная

Глобальная

ИСЗ

Intelsat VII

(VII A)

Intelsat VI

 

« Экспресс»

« Экспресс»

Позиция на ГО

1°, 18°, 50°, 53° з. д.; 66°, 174°,177° в.д.

24,5°, 27,5°, 34,5° з.д.; 60°, 63° в.д.

80° в.д.

14° з.д.

Год запуска

 

1994, 1996, 1995,1995,

1995,1993,

1994

1991, 1991, 1990, 1990,1989

 

 

1996

1994

продолжение таблицы 2

Расчетный срок существования, лет

14

14

3/5

5/7

Масса ИСЗ, кг

1473

1823

2500

2500

Мощность источника питания, Вт

4000 (5300)

2250

2400

2400

Диапазон, ГГц

6/4; 14/11

6/4; 14/11

6/4; 14/11

6/4; 14/11

Число стволов на ИСЗ

26+10 (14)

38+10

5+1

8+2

Зона обслуживания1

ГЛ; 2хПГЛ;

4хЗЛ; УЛ;

3хУЛ (14/11)

ГЛ; 2хПГЛ;

4хЗЛ; 2хУЛ;

2хУЛ (14/11)

ГЛ; ПГЛ;

УЛ (14/11)

ГЛ; ЗЛ;

УЛ (14/11)

Мощность на ствол, Вт

20/30 (ГЛ; УЛ);

10/16 (ПГЛ;ЗЛ);

35/50 (14/11)

10/16(ГЛ; ПГЛ);

5,5/10 (ЗЛ);

20/40 (14/11)

15

10,5

ЭИИМ, дБВт

26/29(ГЛ);

33(ПГЛ;ЗЛ);

33/36 (УЛ);

47/45 (УД 14/11)

26/29(ГЛ);

33(ПГЛ;ЗЛ);

33/36 (УЛ);

47/45 (УД 14/11)

25,6 (ГЛ);

28 (ПГЛ);

36,8 (14/11)

25,9 (ГЛ);

31,7 (ЗЛ);

36,8 (14/11)

Полоса частот ствола, МГц

10х36; 22х72;

4х112 (8х112)

12х36; 34х72;

2х241

36

36

Добротность ИСЗ, дБ/К

-12 (ГЛ);

-8,5 (ПГЛ)

-14 (ГЛ);

-9,2 (ПГЛ)

-17 (ГЛ;ПГЛ);

-10 (14/11)

-14 (ГЛ);

-6 (14/11)

Пропускная способность, каналы

 

 __

 

 

35000 ТФ, 3ТВ

 

__

 

__

 

1ГЛ – глобальный луч, ПГЛ – полуглобальный луч; ЗЛ – зоновый луч; УЛ – узкий луч

Технический облик и основные характеристики «KazSat-103»

В создании космической системы «KazSat» участвовали более 15 зарубежных и отечественных фирм, в том числе ведущие производители бортового телекоммуникационного оборудования - Boeing, Alcatel Alenia Spazio Italia, ComDev.

Создание космической системы «KazSat» осуществлял ГКНПЦ имени М.В.Хруничева на базе малого космического аппарата связи и телевещания на геостационарной орбите 103 градуса восточной долготы, принадлежащей Российской Федерации. Строительство наземного комплекса управления (НКУ) и системы мониторинга (СМС) производится на территории Казахстана. Общий вид КА «Kazsat» представлен на рисунке 13. Его основные характеристики в таблице 3. Частотный план «Kazsat» в таблице 4, результаты расчетов ЭИИМ и добротность БРТК по данным имитационного моделирования в таблице 5.

 

Рисунок 13 – Внешний вид КА «Kazsat»

Космический аппарат «Kazsat», размещенный на геостационарной орбите,  осуществляет через 12 транспондеров связь и телевещание, охватывающее всю территорию Республики Казахстан и часть сопредельных государств.

Т а б л и ц а  3 - Основные характеристики КА «KazSat»

 

Параметры рабочей орбиты:

 

- тип орбиты:

ГСО

- наклонение:

0 град.;

- долгота точки стояния (диапазон)

103º в.д

“Сухая” масса КА

695 кг

Заправляемый запас ксенона

60 кг

Срок активного существования

10 лет

Технический ресурс

12,5 лет

Количество стволов ретрансляции

12

Диапазон частот БРТК

Ku

Полоса пропускания стволов БРТК

72 МГц

Масса полезной нагрузки

110 кг

Номинальное энергопотребление полезной нагрузки

1300 Вт

Точность поддержания положения КА в точке стояния:

 

– по долготе

±0,05 град.

– по широте

±0,05 град.

Точность ориентации КА при работе БРТК

0,1 град

 

Т а б л и ц а  4 - Частотный план МКА «KazSat»

Номер

транс-

пондера

Централь-

ная

частота в

радиоли-

нии

вверх, MГц

Централь-

ная

частота в

радиоли-

нии

вниз, MГц

Рабочая ширина

полосы

пропускания

транспондера,

MГц

Поляризац. в

радиоли-

нии

вверх

Поляризац. в

радиолинии

вниз

K1

14041,67

10991,67

72

X

Y

K2

14041,67

10991,67

72

Y

X

K3

14125,0

11075,0

72

X

Y

K4

14125,0

11075,0

72

Y

X

K5

14208,33

11158,33

72

X

Y

K6

14208,33

11158,33

72

Y

X

K7

14291,67

11491,67

72

X

Y

K8

14291,67

11491,67

72

Y

X

K9

14275,0

11575,0

72

X

Y

K10

14275,0

11575,0

72

Y

X

K11

14458,33

11658,33

72

X

Y

K12

14458,33

11658,33

72

Y

X

Маяк

-

11199,5

-

-

R

 

Размеры зоны обслуживания представлены на рисунке 7.2. Зона обслуживания обеспечивается совмещенной приемо-передающей антенной с диаграммой направленности 2,5 х 3,6 град., формируемой двухзеркальной системой с профилированным основным зеркалом.

В зону уверенного приема сигнала спутника попадают республики Средней Азии, Кавказ, центральные части Российской Федерации, в том числе Московская область.

Т а б л и ц а  5 - Результаты расчетов ЭИИМ и добротности БРТК МКА «KazSat» по данным имитационного моделирования

Города

ЭИИМ, дБВт

Добротность, дБ/К

по ТЗ

расчет-

ное

запас ЭИИМ

по ТЗ

расчет-

ное

запас добротности

Астана

51,50

52,97

1,47

4,30

8,74

4,44

Алматы

49,05

52,15

1,65

3,30

7,29

3,99

Актау

50,50

51,03

0,53

3,30

6,50

3,20

Петропавловск

50,50

52,23

1,73

3,30

8,50

5,20

Караганда

52,50

52,97

0,47

5,30

8,75

3,45

Усть-Каменогорск

50,50

52,76

2,26

3,30

9,15

5,85

KazSat предназначен для организации каналов телерадиовещания, телефонной связи, передачи данных, широкополосного доступа к сети Интернет, создания и развития VSAT-сетей, создания ведомственных и корпоративных сетей связи, оказания пакета мультимедийных услуг.

 Наземный комплекс управления

Навигация спутника «KazSat» будет осуществляться в Наземном комплексе управления космическими аппаратами (НКУ), который расположен в ста километрах от Астаны в городе Акколь Акмолинской области. Общая площадь НКУ составляет 6 916 кв. км. В Комплексе установлено самое современное на сегодняшний день оборудование, соответствующее мировым стандартам. НКУ состоит из трех основных подразделений – центра мониторинга, центра управления и отдела полезной нагрузки.

Наземный комплекс управления (НКУ) и система мониторинга связи на территории Республики Казахстан обеспечивают решение задач управления, контроля и поддержания заданных характеристик КА на этапе его штатной эксплуатации.

Система «Галс»

Система «Галс» предназначена для организации спутникового ТВ- вещания с возможностью непосредственного приема на индивидуальные приемные установки.

Первый спутник «Галс» выведен на орбиту в марте 1994 г. Спутник работает в диапазоне частот НТВ 11,7...12,5 ГГц, предназначенном для непосредственного спутникового ТВ – вещания.

ИСЗ «Галс» имеет три высокочастотных ствола. Мощность двух стволов, работающих на антенну с широким лучом 2,5хl,250, составляет 100 Вт, ствол, работающий с узким лучом 1,25х0,90, имеет мощность 50 Вт. Спутник создает высокую ЭИИМ: 56 и 57 дБВт для широкого и узкого лучей соответственно. Такая  ЭИИМ позво­ляет принимать сигналы спутника на простую приемную установку с диаметром антенны 0,5 м, вполне соответствующую мировым стандартам индивидуального приема.

Платформа спутника «Галс» идентична платформе, используемой для  ИСЗ «Экспресс», и также имеет высокую точность удержания на орбите не хуже 0,20 в направлениях север-юг и запад-восток. Срок службы спутника составляет 5... 7 лет.

Линия подачи программ на спутник «Галс» работает в диапазоне 18 ГГц, специально выделенном для этой цели Регламентом радиосвязи. Для подачи программ используется специальная земная станция с антенной диаметром 7 м и передатчиком мощностью 200 Вт. В России станция подачи программ для спутников типа «Галс» сооружена в г. Дубна под Москвой.

 

9 Лекция 9. Система VSAT. Станции VSAT - малые станции для телефонии и передачи данных. Принципы построения схемы, функции

Цель: изучение принципа построения и особенности системы  VSAT.

Содержание: приводятся технические характеристики станций VSAT, топология сетей.

Станции VSAT - малые станции для телефонии и передачи данных.

К классу земных станций VSAT (Vегу Small Aperture Terminal) относятся станции спутниковой связи, технические характеристики которых удовлетворяют следующим требованиям Рекомендаций МСЭ-Р S.725

 «Технические характеристики VSAT»:

-станции VSAT устанавливаются непосредственно у пользователей, причем плотность размещения их на ограниченной территории может быть весьма высокой;

-станции VSAT обычно не имеют постоянного квалифицированного обслуживающего персонала;

-контроль и управление работой станций VSAT в сети осуществляются централизованно, но могут дополнительно использоваться и местные станционные системы контроля и управления;

-станции VSAT относятся к Фиксированной спутниковой службе (ФСС) и должны удовлетворять требованиям Регламента радиосвязи (РР) и Рекомендациям МСЭ-Р, как и все земные станции ФСС;

-станции VSAT обычно применяются в так называемых выделенных сетях (частных, деловых) для передачи данных и телефонии в цифровом виде в режимах работы только на прием (симплекс) или на прием/передачу (дуплекс);

-антенны VSAT обычно имеют диаметр 1,8.. .3,5 м, но в отдельных системах могут использоваться и большие антенны (диаметром до 6 м);

-скорость передачи информации в цифровом виде со станций VSAT обычно не превышает 2 Мбит/с;

-в станциях VSAT используется маломощный радиопередатчик (обычно от 1 до 20 Вт) с обязательным ограничением излучаемой мощности в целях безопасности.

В настоящее время сети станций VSAT чаще всего работают в диапазонах частот ФСС 6/4 ГГц и 14/11-12 ГГц.

Технические параметры станций VSAT при передаче должны удовлетворять требованиям следующих Рекомендаций МСЭ-Р:

 

Рекомендация S.726 «Максимально допустимый уровень паразитных излучений VSAT»;

Рекомендация 8.727 «Кроссполяризационная развязка для VSAT»;

 Рекомендация 8.728 «Максимально допустимый уровень внеосевой плотности ЭИИМ VSAT»;

Рекомендация 8.729 «Контроль и управление станциями VSAT».

Сети VSAT принято классифицировать по двум основным признакам: по конфигурации трафика и по структуре системы управления сетью (централизованная и децентрализованная).

С точки зрения трафика существуют

три основных варианта организации связей в сетях VSAT:

а) сеть типа «точка-точка» - простейший

 случай дуплексной линии связи между двумя удаленными станциями;

б) сеть типа «звезда» - для многонаправленного радиального трафика между центром сети и периферийными (удаленными) пунктами связи;

  в) сеть типа «каждый с каждым» - для  прямых  связей между любыми пунктами сети связи.

Сеть типа «точка-точка» (рисунок 14) позволяет обеспечить прямую дуплексную связь между двумя удаленными пунктами связи. Такая схема связи наиболее эффективна при больших расстояниях между пунктами или их расположении в труднодоступных регионах.

В наиболее распространенных для станций класса VSAT сетях типа «звезда» (рисунок 15) обеспечивается многонаправленый  радиальный трафик между центральной земной станцией сети (ЦЗС) и удаленными периферийными станциями (терминалами) VSAТ по энергетичееки выгодной схеме: малая ЗС VSAT -  большая ЦЗС, обладающая антенной большого диаметра и мощным передатчиком.

Сети VSAT подобного рода широко используются для организации информа­ционного обмена между большим числом удаленных терминалов не имеющих вза­имного трафика, и центральным офисом фирмы транспортными или финансовыми учреждениями.

Аналогичным образом построены телефонные сети для обслуживания так называемых удаленных абонентов, которым обеспечивается выход на телефонную коммутируемую сеть общего пользования через центральную станцию, подключенную к одному из наземных центров коммутации каналов (GATEWAY).

Функции контроля и управления в сети типа «звезда» обычно централизованы и сосредоточены на центральной управляющей станции (ЦУС) сети (в англоязычной литературе HUB station [12.3]). ЦУС выполняет служебные функции установления соединений между абонентами сети связи и поддержания рабочего состояния всех периферийных терминалов VSAT данной сети. Подобная централизованная система управления сетью VSAT с помощью ЦУС экономически целесообразна для сетей с достаточно большим числом упрощенных и потому дешевых периферийных терминалов VSAT. Однако известны примеры реализации сетей VSAT без ЦУС с децентрализован­ной распределенной системой управления, элементы которой входят в состав каждой станции VSAT.

В некоторых действующих телефонных сетях VSAT типа «звез­да» функции ЦЗС и ЦУС разделены между разными земными стан­циями, но чаще функции ЦУС совмещают с функциями ЦЗС (рисунок 15). Такая совмещенная схема ЦУС/ЦЗС используется преимущественно в сетях передачи данных с коммутацией пакетов, где ЦУС/ЦЗС выполняет роль диспетчера - маршрутизатора сетевого трафика и одновременно обеспечивает интерфейс спутниковой сети с наземной сетью передачи данных на основе протокола МСЭ-Т Х.25.

В сетях VSAT с централизованным управлением, создаваемых крупными спутниковыми операторами, программно-технические ресурсы одной ЦУС могут предоставляться нескольким автономно действующим и вновь создаваемым подсетям VSAT за счет выделения части этих ресурсов каждой из подсетей. Таким образом реализуется возможность постепенного расширения сети и реализации дополнительных услуг потребителям. Примером совокупности интегрированных сетей VSAT, обслуживаемых общей ЦУС, может служить спутниковая сеть фирмы Hughes Network Systems, США с общим числом управляемых терминалов VSAT в различных подсетях свыше 12000.

В сети «каждый с каждым» (рисунок 16) обеспечиваются прямые соединения между любыми станциями VSAT, расположенными во всех пунктах связи. Связь двух любых станций в такой сети устанавливается через спутник за один «скачок». Схема оптимальна для телефонных сетей, создаваемых в труднодоступных и удаленных районах, и для сетей передачи данных с относительно небольшим числом удаленных терминалов VSAT.

При централизованной схеме управления такой сетью ЦУС выполняет только служебные функции контроля и управления, необходимые для установления соединения между абонентами сети VSAT, но не   участвует в передаче трафика.

В децентрализованном варианте управления сетью ЦУС отсутствует, а элементы системы управления входят в состав каждой VSAT станции. Подобные сети с распределенной системой управления отличаются повышенной «живучестью» и гибкостью за счет усложнения оборудования, расширения его функциональных возможностей и удорожания по этим причинам VSAT терминалов.

Известными примерами реализации полнодоступных сетей «каждый с каждым» являются следующие сети VSAT:

-телефонная спутниковая сеть с централизованным управлением на основе терминалов TES (Telephony Earth Station) фирмы Hughes Network Systems, США, предназначенная для высококачественной передачи речи и данных там, где экономически нецелесообразна реализация сети на основе наземных каналов;

-спутниковая сеть VSAT Plus фирмы SPAR (Канада) с децентрализованным управлением для передачи данных, речевой, видео- и факсимильной информации в цифровой форме.

 

10 Лекция 10. Технические параметры существующих и перспективных сетей

 

Цель: изучение технических параметров ЗС «Орбита – 2», «Москва», «Экран», «Экспресс» и особенности их построения.

Содержание: рассматриваются структурные схемы земных станций и принцип работы.

Приемные станции «Орбита – 2» и «Москва»

Одной из первых в мире систем спутникового телевидения стала распределительная система «Орбита-2». В 70-х и начале в 80х гг. было построено более 90 приемных станций, послуживших основой распределительной сети телевизионного и звукового вещания.

В настоящее время станции «Орбита-2» в режиме только приема телевидения практически не используется, значительная их часть переоборудована в приемопередающие и служит для организации магистральных и зоновых сетей связи.

 

 

Рис. 17 - Структурная схема приемной стойки «Москва»: ВУ - видеоусилитель; ПУПЧ - предварительный УПЧ; ПФ - полосовой фильтр; См ­смеситель; УНЧФ - усилитель низкой частоты с фильтром; ФПЧ – фильтр ПЧ; Э – экспандер

 

После запуска семейства ИСЗ «Горизонт» имеющих ствол повышенной мощности, работающий на узконаправленную антенну, стало возможным и экономически эффективным распределение ТВ программ по поясам вещания с временным сдвигом. Созданная на базе мощных стволов нескольких ИСЗ «Горизонт» система «Москва» насчитывает более 10000 приемных станций разных поколений и модификаций.

Приемная станция «Москва» значительно проще и дешевле стан­ции «Орбита-2» она не требует для своей установки строительства специального технического здания и может размещаться в любом помещении. Станция включает антенну, малошумящий усилитель (МШУ) и приемную стойку. Антенна диаметром 2,5 м без автосопровождения обеспечивает устойчивый прием при отклонениях ИСЗ на орбите до . Для станции «Москва» разработаны неохлаждаемый параметрический усилитель и несколько моделей малошумящих транзисторных усилителей с шумовой температурой от 90 до 200 К.

Структурная схема приемной стойки приведена на рисунке 17. Стойка содержит блок преобразователей частоты (ПрЧ), блок телевидения (ТЛВ), тракт звукового сопровождения (3в), тракт звукового вещания (РВ), панель контроля и вторичные источники питания.

Сигнал, предварительно усиленный МШУ, поступает в (ПрЧ), который преобразует его в стандартную ПЧ 70 МГц. Источником сигналa гетеродина в (ПрЧ) служит транзисторно-варакторная цепь, состоящая из двухкаскадного усилителя мощности и двух варакторных умножителей частоты высокой кратности (х6 и х4). На вход цепи поступает сигнал от транзисторного управляемого генератора (УГ), частота которого может изменяться в пределах () МГц под воздействием управляющего сигнала цепи вывода дисперсии с  выхода частотного демодулятора (ЧД).

С выхода ПрЧ сигнал поступает на блок ТВ, где осуществляются усиление, фильтрация и демодуляция ЧМ сигнала. Сигналы поднесущих с выхода ЧД поступают на тракты Зв и РВ, в которых выполняются их демодуляция и восстановление исходного динамического диапазона. Для уменьшения загрузки общего тракта сигналами поднесущих используются порогопонижающие демодуляторы с обратной связью по частоте (ОСЧ), позволяющие снизить порог  ЧМ на 4...5 дБ по сравнению со стандартным ЧД.

Станции разных модификаций отличаются оконечными устройствами. Базовая модель «Москва-Б» комплектовалась ТВ ретранслятором РЦТА-70/Р-12 мощностью 100 ВТ.  Обслуживания небольших населенных пунктов были разработаны также варианты станции с передатчиком мощностью 1 и 10 Вт.

Приемные установки системы «Экран»

В диапазоне 0,7 ГГц приемные установки оказались наиболее простыми и недорогими, что позволило в короткие сроки наладить их серийный выпуск.

Для подачи ТВ и звуковых сигналов на мощные телевизионные и радиопередатчики предназначается профессиональный приемник спутникового телевидения ППCТI-78.

Структурная схема станции «Экран-КРI0» приведена на рисунке 18. Принятый антенной СВЧ сигнал на частоте 714 МГц поступает на входное устройство, состоящее из транзисторного МШУ и ПрЧ. В тракте ПЧ сигнал усиливается до напряжения 250 мВ, необходимо­го для нормальной работы частотного демодулятора. С выхода ЧД сигнал изображения вместе с поднесущей звука 6,5 МГц поступает на блок фильтров (БФ), в котором происходит разделение сигналов изображения и звукового сопровождения. С выхода видеокорректора (ВКП1) сигнал изображения и сигнал звуковой поднесущей поступают на формироватетель ТВ радиосигнала (ФТС), который формирует полный АМ ТВ сигнал на ПЧ 38 МГц. Этот сигнал усиливается УПЧ2 и поступает на преобразователь частоты передатчика, состоящий из смесителя (См) и гетеродина (Гт). Здесь он переносится на частоту одного из 12 ТВ каналов и с напряжением 350 мВ поступает на выходной усилитель мощности (УМ), в котором усиливается до 10 Вт.

Приемные антенны для всех типов станций «Экран» собраны из полотен типа «волновой канал» со

 скрещенными вибраторами.

 

Система «Экспресс»

Спутниковая система на базе КА «Экспресс» предназначена для организации каналов телефонной, телеграфной связи, для распреде­ления сигналов ТВ и звукового вещания (ЗВ), а также для передачи других видов информации.

Спутники «Экспресс» представляют собой новую серию геостационарных ИСЗ. Они имеют ряд существенных преимуществ перед спутниками старых серий, и в частности увеличенную пропускную способность и коррекцию положения на орбите в двух плоскостях, что обеспечивает работу большего числа  ЗС без устройств наведения антенн.

ИСЗ «Экспресс» обеспечат работу действующих через КА «Горизонт» систем «Москва», «Mockba-Глобальная», «Орбита», «Орбита­ РВ». Для этого на КА «Экспресс» сохранены все частотные стволы в диапазонах 6/4 И 14/11 ГГц с соответствующими зонами обслуживания и энергетическими параметрами (G/Т, ЭИИМ) не хуже имеющихся на КА «Горизонт».

Орбитальная группировка «'Экспресс» будет состоять из 10...13 КA, располагающихся в точках стояния 155, 37.5, 11. 14° з.д.; 40. 53, 90, 96.5, 99, 103, 140, 145° в.д.

 

Заключение

 

Данный конспект лекций позволит студентам всех форм обучения специальности 050719 «Радиотехника, электроника и телекоммуникации» изучить краткий курс по спутниковым системам радиосвязи и телерадиовещания, получить представление об особенностях распространения радиосигнала на спутниковых линиях связи. Здесь же рассматриваются структурные схемы земных и космических станций различных систем, отличие их построения, технические характеристики и физические явления, влияющие на работу систем спутниковой связи.

 

Список литературы

1. Спутниковая связь и вещание: Справочник. Под ред.Л.Я.Кантора. – М.: Радио и связь, 1997. – 344 с.

2. Мамаев Н.С. Спутниковое телевизионное вещание. Приёмные устройства.-М.: Радио и связь, 2000.

3. Цифровое телерадиовещание. Каталог оборудования и решений. –М.: SYSUS SYSTEM, 2004.

4. Тяпичев Г.А. Спутники и цифровая радиосвязь. – М.: Тех Бук, 2004. -288с.

5. Мордухович Л.Г., Степанов А.П. Системы радиосвязи: Курсовое проектирование. – М.: Радио и связь, 1987. -192 с.

6. Системы радиосвязи: Учебник для вузов. Под ред.Н.И.Калашникова. – М.: Радио и связь, 1988. -352 с.

7. Мамаев Н.С.  Спутниковое телевидение и вещание, 2000.

8. Фролов О.П. Антенны для земных станций, 2000.

9. Бадалов А.Л., Михайлов А.С. Нормы на параметры электромагнитной совместимости РЭС: Справочник. –М.: Радио и связь, 1990.

10. Горностаев Ю.М. и др. Перспективные спутниковые системы связи /Горностаев Ю.М., Соколов В.В., Невдяев Л.М. –М.: Горячая линия – Телеком, 2000.-132 с.