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.

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 H_i/R_i, м/км					R₀, км	f, ГГц	Аппара тура
Вариант	УНУ м	1	2	3	4	5	R₀, км	f, ГГц	Аппара тура
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 ЗС_А → бортовой ретранслятор ИСЗ_А.

Утегенов – вариант B считает участок «вниз» – Бортовой ретранслятор ИСЗ_В → приёмная станция ЗС_В.

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
Система	Диапазон частот,ГГц	Координаты	Приём	Передача	Коэф-т шума приём- ника	КПД АФТ	шумовая t°СЛК,К	Спект-ральная плот-ность мощно-сти, дБ	Шумовая t°антенны,К
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 Р_с/Р_ш, 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
Предпоследняя 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 S_G, дБ 117

Мощность передатчика Р_ПРД, 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 (h_min) и наиболее высокие (h_max) 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.

Рисунок11

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=x_max+H(0)+MN–CD, (2.6)

h₂=x_max+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).

Рисунок4

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, F_t:

;

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
Частота f, ГГц
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 .

Рисунок11

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.

Рисунок11

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(V_min)=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=F_t – 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 P_L=5%=0,05 – процент времени с вертикальным градиентом рефракции;

C_LAT=C_LON=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 Т_А – шумовая температура антенны КС;

η – КПД АФТ КС.

T_ПР=T₀ ^.(K_Ш-1),

где Т₀=290°К;

K_Ш – коэффициент шума приёмника КС;

T_ПР=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.

G_ЗС=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, L_доп=2 дБ (1,58);

k=1,38∙10^-23 – постоянная Больцмана;

Δf_Ш – эффективная полоса частот ЗС;

a=6 дБ (3,98);

дБ (39,8);

G_КС33 дБ (1995),

Р_ЗС=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 Т_А – шумовая температура ЗС.

η – КПД АФТ ЗС.

К_ш – 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

φ_z< φ<48°;

φ_z=15,85(D/ λ)^-0,6, град

здесь D – диаметр антенны;

φ_z=15,85(3/0,027)^-0,6=0,9°<15,3°<48°;

φ=Q_t.

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, φ_z<φ=<48°

D/λ=6/0,021=285>100,

φ_z=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,

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	Коэффициент развязки по поляризации
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 ΔТ_Л 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 S_G, дБ	Диаметр антенны D, м	Коэффициент усиления антенны G, дБ
NL 187	7,125 – 7,725	117 (Е2)	0,6	30,5
NL 187	7,125 – 7,725	117 (Е2)	3,7	45,4
NL 241	7,125 – 7,725	110,5 (Е3)	1,2	37,3
NL 241	7,125 – 7,725	110,5 (Е3)	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
NL 400-23	21,3 – 23,6	93 (Е3)	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 S_G, дБ	Диаметр антенны D, м
Pasolink 15G8M8	14,50 – 15,35	113,5 (Е2)	0,6 1,2
Pasolink 18G8M8	17,7 – 19,7	112,5 (Е2)
Pasolink 23G8M8	21,2 – 23,6	110,5 (Е2)

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

, (А.1)

где – коэффициент использования поверхности антенны;

D – диаметр антенны;

– длина волны.

Приложение Б

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