Методология оптимального проектирования ССС

 

Введение.

Проектирование сетей спутниковой связи представляет собой процесс обоснования и расчета основных энергетических,  технико-экономических  характеристик аппаратуры, а также эксплуатационных показателей сети связи.   При этом заданные требования  по качеству предоставляемых транспортных услуг (качеству и надежности связи) должны быть максимально удовлетворены при минимальных затратах всех видов ресурсов. Основной целью занятия является освоение методики  графо-аналитического расчёта и обоснования энергетических параметров цифровых сетей спутниковой связи, а также формирование навыков исследовательской работы с использованием персональных ЭВМ.

 

Вопрос №1. Цели, задачи и порядок энергетического расчета сетей спутниковой связи.

Цель энергетического расчета радиолиний, входящих в сеть спутниковой связи, состоит   в обоснованном выборе (расчете) энергетических параметров аппаратуры: мощности передатчика, коэффициента шума приемника,   коэффициента усиления антенн и потерь в антенно-фидерном тракте, удовлетворяющих заданной достоверности и надежности работы сети. После энергетического расчета определяются структура станции и элементная база, уточняется структура линий и сети в целом, проводится ее технико-экономическое обоснование.

Основными техническими требованиями, предъявляемыми  к линии, являются следующие: пропускная способность, достоверность передачи сообщений, помехозащищённость, надёжность и живучесть, электромагнитная совместимость с другими линиями, массогабаритные параметры, время развёртывания.

На рисунке 1.1 представлена обобщенная структурная схема радиолинии спутниковой связи. Аналитически взаимосвязь мощностей сигнала на входе и выходе радиолинии выражается первым уравнением передачи, а связь между минимально необходимой мощностью сигнала на входе приемника (реальной чувствительностью) и требуемой достоверностью передачи сообщений в линии определяется  вторым уравнением передачи, следующих видов:

где - мощность сигнала на входе приемника, на выходе передатчика и мощность сигнала на входе приемника на уровне реальной чувствительности, соответственно для первого и второго участков линии спутниковой связи;

- суммарное затухание сигнала для первого и второго участков соответственно;

- требуемое значение вероятности ошибки для данного участка связи, как функция соответствующего ей значения отношения сигнал / шум.

Решение поставленной задачи осуществлять в соответствие со следующим алгоритмом:

1)     анализ исходных данных,  нормирование требований к качеству участков связи, выбор (обоснование) недостающих параметров;

2)     расчёт ослабления радиосигнала на участках линии спутниковой связи;

3)     расчёт энергетических параметров приёмных устройств;

4)     расчёт энергетических параметров передающих устройств;

5)     разработка структурной схемы ретранслятора;

6)     анализ полученных результатов и обоснование принятых  технических решений;

1.      анализ исходных данных

1.      Назначение (тип): узловая сеть СС в режиме с обработкой; УСт. — 1; ОкСт. — 4.

2.      Протяжённость (географический район) линии:

                     РС                          ;

                     ЗС          ;

3.      Рабочий диапазон: ;  ГГц.

4.      Вид передаваемых сообщений, пропускная способность ЦТФ:

            .

5.      Характеристики ПРДУ:

6.      Характеристики ПРМУ: ; ;

7.      Характеристики АФТ: ;

8.      Дополнительные данные: ; ОФТ; ; .

Перечисленные сведения существенно влияют на обоснование технических характеристик линии и станций, а также выбор недостающих параметров.

Организация МД к РС является одной из центральных проблем любой системы спутниковой связи. Выбор типа МД влияет на такие показатели, как пропускная способность линии и системы, энергетические характеристики ЗС и РС, уровень взаимных помех между ЗС при использовании общего РС, помехозащищённость направлений связи от случайных и преднамеренных помех, функциональная живучесть и гибкость системы при изменении внешних условий, сложность технической реализации, массогабаритные характеристики ЗС и РС.

В настоящее время наибольшее распространение получили частотное разделение сигналов станций (МДЧР), временное разделение (МДВР) и кодовое разделение (МДКР) с закреплением ресурса и прямой ретрансляцией сигналов. Перспективными являются МДВР, МДКР в сочетании с пространственным разделением (МДПрР), выделением ресурса по требованию и обработкой сигналов [2].

МДЧР по технической реализации является наиболее простым методом, но, к сожалению, на этом его достоинства заканчиваются.

МДКР позволяет реализовать помехозащищённые режимы работы направлений спутниковой связи, но используемые сигналы земных станций при этом должны обладать очень большой избыточностью. Кроме того, при данном методе МД уровень внутрисистемных потерь (помех) определяется числом активных абонентов, что требует компромиссного решения между пропускной способностью и помехозащищённостью сети в конкретные периоды функционирования.

При МДВР необходимо введение систем синхронизации работы земных станций в сети спутниковой связи. Эту проблему решают путём использования для синхронизации сигналов точного времени системы “ГЛОНАСС”. При таком решении сеть спутниковой связи приобретает ряд достоинств, связанных с затруднением перехвата данных противником из данной сети. Следует также отметить, что на каждой земной станции для нормальной работы сети необходимо рассчитывать поправочные коэффициенты, зависящие от географического местоположения станции и высоты её над уровнем моря, и влияющие на время опережения момента начала посылки станции относительно момента приёма сигнала точного времени данной станцией. Это обусловлено тем, что все земные станции разбросаны по территории зоны обслуживания, т. е. расстояния от каждой станции до ретранслятора различны, а следовательно время прохождения радиосигналов от ЗС к РС различно.

Произведём нормирование вероятностей ошибок на участках связи. В линии с  обработкой сигналов в ретрансляторе вероятности ошибок на участках оказываются независимыми, поэтому

                       .             (1.1)

Т.к. , то , тогда

                                                             .                                                    (1.2)

Полагая, что доля ошибок, вносимых первым и вторым участка­ми, составляет  и  соответственно от их общего количества, получаем

                                                 ; .                                       (1.3)

Из (1.2) имеем

                                                                      ,                                                            (1.4)

или

                                                           и .                                                (1.5)

Анализ функциональной зависимости коэффициентов нормирования позволяет сделать следующие практические выводы:

·        значения коэффициентов а и b всегда больше 1:

·        равенство коэффициентов нормирования соответствует  случаю равенства энергетических затрат на обоих участках линии;

·        область выбора коэффициентов в  зоне  1<b<2 соответствует варианту, когда энергетика ретранслятора жёстко ограничена,  а земной станции — нет;

·        область  выбора коэффициентов 1<а<2 соответствует обратной ситуации.

Выражения (1.5) позволяют произвести нормирование соотношения "сигнал/шум" по участкам линии спутнико­вой связи в соответствии с конкретными условиями проектирования.

При проектировании военных полевых линий спутниковой связи приходится учитывать  ограничения на энергетику не только  на ретрансляторе, но и на земной станции. Поэтому значения коэффициентов рекомендуется выбирать в пределах a=5…10, b=1,26…1,11 [11]. Нормирование качества связи на участках в линии спутниковой связи с прямой ретрансляцией сводится к определению требуемого значения отношения сигнал/шум по заданному на линию значению вероятности ошибки с учетом известной аналитической связи между ними, а затем пересчету значений отношения сигнал/шум на участки связи согласно выражениям:

(1.6)

 

2.      Энергетика спутниковой линии связи. Диаграмма уровней радиосигнала на участках ЗС-РС и РС-ЗС

Основная особенность спутниковых линий связи — большое зату­хание радиосигнала на участках линии. Так при высоте орбиты ИСЗ в 36000 км затухание радиосигнала на участке достигает 200 дБ. Кро­ме этого, радиосигнал претерпевает случайные изменения вследствие поглощения радиоволн в атмосфере (дождь, снег, туман), их рефрак­ции и деполяризации,  фарадеевского вращения плоскости  поляриза­ции. На приёмные устройства воздействуют помехи в виде излучений космоса, Солнца, Земли и др. планет.

Правильный и точный учет всех особенностей спутниковой связи позволяет выполнить оптимальное проектирование  системы  связи, обеспечить её  надежную работу в наиболее сложных условиях и в то же время исключить излишние энергетические затраты,  приводящие к неоправданному усложнению наземной и бортовой аппаратуры.

На рисунке 2.1 приведена структурная схема и диаграмма уровней сигнала для  линии "ЗС-РС-ЗС".  В энергетическом смысле  оба участка напряженные и неравнозначные: первый — из-за стремления уменьшить мощность передатчика земной станции и относительно низкой чувствительности приемника ретранслятора,  второй — из-за ограничений на массу, габариты и энергетику ретранслятора, т.е. ограничения на мощность бортового передатчика.

Для участка ЗС-РС мощность сигнала на входе бортового приёмника можно определить из первого уравнения передачи

                       , [дБ].

                                                                                                                                                         (2.1)

Аналогично для участка РС-ЗС

                       , [дБ],

                                                                                                                                                         (2.2)

где  — потери в антенно-волноводном тракте передачи (приёма) земной станции или бортового ретранслятора;

 — коэффициент передачи по мощности антенно-волноводного тракта передачи или приёма;

 — дополнительное затухание радиосигнала на участке ЗС-РС (РС-ЗС).

Потери в антенно-волноводном тракте зависят от его конструкции и диапазона рабочих частот. Обычно при расче­тах принимают , ,  [1].

Для оценки энергетического потенциала передающей станции (ретранслятора) спутниковой связи вводят по­нятие эквивалентной изотропно-излучаемой мощности (ЭИИМ):

                                                   , [дБ].                                          (2.5)

3.      расчёт затухания радиосигнала на участках линии спутниковой связи

Полное затухание радиосигналов в линиях спутниковой связи определяется  потерями в свободном пространстве  и дополнительными потерями , обусловленными особенностями функционирова­ния систем спутниковой связи:

                                                                , [дБ].                                                      (3.1)

Потери энергии радиоволн  при  распространении  в  свободном пространстве определяются в соответствии с выражением

                                                          , [дБ],                                                 (3.2)

где  — наклонная дальность на участках радиолинии КС,  опреде­ляемая как

                           ,                 (3.3)

где  — радиус Земли (при её аппроксимации сферой);

— высота орбиты ИСЗ  (для геостационарной орбиты Н=35875 км, для высокоэллиптических орбит Н - высота апогея);

 — топоцентрический параметр, который может быть определен из выражения

                           ,                  (3.4)

где  — географическая широта  подспутниковой  "точки";

 — географическая широта земной станции;

;

 — географическая долгота ЗС;

 — географическая долгота подспут­никовой "точки".

При расчете энергетических параметров сети спутниковой связи  следует выбрать максимальным для заданной зоны обслуживания. Для выполнения этого условия из исходных данных выберем географические координаты ЗС и РС таким образом, чтобы ЗС находилась на максимальном расстоянии от подспутниковой "точки" для заданной зоны обслуживания. Имеем ,

Дополнительное затухание радиосигнала на участках радиолинии КС  зависит от многих факторов, проявляющихся независимо друг от друга и может быть представлено в виде суммы:

                                                           ,                                                 (3.5)

где  — затухание в атмосфере без осадков;

 — затухание в осадках;

 — затухание, учитывающее неточность наведения антенн;

 — затухание за счет деполяризации сигнала в среде распростране­ния.

Затухание в  атмосфере  без  осадков  определяется главным образом поглощением в тропосфере и имеет ярко выраженный  частот­но-зависимый характер  с резонансными  пиками  на частотах  22 и 165 ГГц (для водяных паров) и 60 и 120 ГГц (для  кислорода). Оче­видно, что длина пути радиосигнала в атмосфере зависит не только от эквивалентной  толщины  атмосферы,  но и от угла места антенны земной станции  и высоты ЗС над уровнем мора .

Потери энергии радиосигнала в атмосфере без осадков не зави­сят от времени (имеют место в течение 100%  времени работы радиолинии) и определяются по графикам (рис. 3.1) в зависимости от ча­стоты радиосигнала  и угла места антенны ЗС  при .

Угол места антенны  зависит от широты и долготы размещения ЗС, а также от положения ИСЗ на орбите. В общем случае угол места может быть определен из выражения

                                                       ,                                             (3.6)

где .

Для заданных исходных данных . Т.к. на графиках на рис. 3.1 нет кривой для получившегося значения угла места, то искать будем для значения , тем самым заранее завысив потери энергии радиосигнала в атмосфере без осадков. Однако неточность составит не более 0,1 дБ, следовательно на точность расчёта не повлияет. Найдём  на линии вверх  () и вниз  ().

Рис. 3.1. Графики для определения затухания радиосигнала в атмосфере без осадков

Таким образом  и .

Затухание сигнала в осадках  зависит от вида гидрометеоров (дождь, снег, туман), размеров зоны их выпадения, интенсивности осадков в зоне и т.д. Как указано в [1] расчёты показывают, что в диапазонах частот  величина затухания радиосигнала в осадках составляет . Поэтому примем .

Дополнительное затухание сигнала за счет неточного наведения антенн ЗС и РС друг от друга  обусловлено рефракцией радио­волн, что приводит к образованию угла между истинным и кажущимся направлениями ИСЗ. Угловое отклонение, вызванное рефракцией, сос­тавляет несколько десятых долей градуса и может быть скомпенсиро­вано при автоматическом наведении антенн по максимуму сигнала. При других методах наведения с учетам погрешностей конструкции устройства наведения можно принять .

Поляризационные потери на участках линии КС складываются из потерь, вызванных несогласованностью поляризации, потерь, связанных с эффектом Фарадея, и потерь из-за деполяризации радиоволн в осадках.

Потери, вызванные несогласованностью поляризации имеют существенное значение при использовании на ЗС и РС узконаправленных антенн и применении линейной поляризации.  Использование круговой поляризации позволяет эти потери сделать пренебрежимо малыми. Потери, обусловленные эффектом Фарадея,  проявляются при использовании сигналов с линейной поляризацией,  зависят от частоты и пренебрежимо малы. Потери  из-за деполяризации радиоволн  при осадках больше характерны для сигна­лов с круговой поляризацией,  носят статистический характер, свя­занный со статистикой выпадения дождей,  и могут оказывать замет­ное влияние на энергетику систем спутниковой  связи  на  частотах выше 12 ГГц [13].

При использовании на линиях КС круговой поляризации сигналов результирующие поляризационные потери принимают .

Таким образом, получаем ослабление радиосигнала на участке вниз  и на участке вверх . Хорошо видно, что ослабление на участке вниз меньше, чем на участке вверх на 4 дБ. Такое отличие  связано с тем, что радиосигнал на более высоких частотах претерпевает большее затухание, чем на частотах ниже. Именно этим обусловлен тот факт, что для значения частоты радиосигнала на участке РС-ЗС всегда выбирается меньшее значение, чем на участке ЗС-РС. Ведь на борту ИСЗ энергетика жёстко ограничена, что сильно оказывает влияние на максимальную выходную мощность передатчика ретранслятора связи.

4.                 расчёт энергетических параметров приёмных устройств

Приемное устройство СВЧ может характеризоваться  некоторыми энергетическими параметрами: реальной чувствительностью, порого­вой чувствительностью, коэффициентом шума, шумовой температурой и эффективной температурой. Все эти параметры, как известно, имеют определенную связь между собой. Три по­следних из них характеризуют линейную часть приемного устройства от антенны до детектора. В системах спутниковой (космической) связи наибольшее распространение получили два последних параметра.

 

4.1.           Расчёт полной эффективной температуры приёмных устройств, пересчитанной к облучателю приёмной антенны

Шумовая температура  оценивает внутренние шумы линейной части приемника, пересчитанные на его вход. Она может быть выраже­на через коэффициент шума  следующим образом

                                                               ,                                                     (4.1)

где  — абсолютная температура среды, в которой работает приемник (обычно ).

Чем ниже шумовая температура приемника,  тем выше его чувствительность. Для идеального четырёхполюсника , поэтому .

Для приёмника ЗС коэффициент шума составляет  или , т.е. .

Т.к. основной вклад в шум приёмного устройства вносит первый каскад, т.е. МШУ, то коэффициент шума МШУ будет ненамного меньше коэффициента шума всего приёмного устройства. А таким МШУ может служить параметрический усилитель на полупроводниковых диодах ().

Для приёмника РС коэффициент шума составляет  или , т.е. .

Такие значения позволяют первый каскад усилителя такого приёмника реализовать на ЛБВ.

Эффективная температура  характеризует полную мощность шумов, действующих на входе приемника, т.е. поступающих из антенно-волноводного тракта и собственных, пересчитанных на вход. Пол­ная эффективная температура приемного устройства,  пересчитанная на вход приемника

                                                     ,                                            (4.2)

то же — к облучателю приёмной антенны:

                                                       ,                                              (4.3)

где  — эквивалентная шумовая температура антенны;

 — эквивалентная шумовая температура антенно-волноводного тракта.

Эквивалентная  шумовая температура антенны может быть представлена в виде составляющих [10, 13]:

                                        ,                              (4.4)

где  — составляющая, обусловленная приемом космического радиоизлучения, зависящая от угла места антенны;

 — составляющая, обусловленная излучением атмосферы и зависящая от угла места антенны;

 — составляющая, учитывающая излучение Земли;

 — составляющая,  учитывающая  собственные  шумы  антенны из-за наличия потерь в её элементах;

— коэффициент,  учитывающий усредненный уровень боковых  и задних лепестков  диаграммы  направленности антенны (для антенн ЗС , для антенн РС ).

Эквивалентная шумовая температура волноводного тракта, работающего при абсолютной температуре Т°К

                                               .                                                    (4.5)

Шумы космического происхождения определяются в основном излучениями Галактики, Солнца и Луны. При этом усреднённая температура шумов Галактики на частотах до 11 ГГц не превышает 10°К. Шумовое излучение Солнца может полностью нарушить связь при попадании в главный лепес­ток диаграммы направленности антенны. Однако влияние Солнца можно, свести к минимуму при конкретном расчете трассы участка. Излучение Луны оказывает ещё меньшее влияние, т.к. её шумовая температура на несколько по­рядков ниже шумовой температуры Солнца. Таким образом, в большинстве практических случаев составляющая  может приниматься равной нулю.

Шумовая температура атмосферы определяется излучением спокойной атмосферы и влиянием осадков, зависит от час­тот сигнала и угла места антенны. При известном затухании радиосигнала в атмосфере (с учётом осадков)  шумовая температура атмосферы может быть оп­ределена как [7]

                                              , [].                                    (4.6)

Шумовая температура Земли при расчетах принимается равной  [13].

Составляющая  как показывает практика, зави­сит от угла места антенны. В [7] приведено выражение для расчета этой составляющей с учётом

                                          , [].                                 (4.7)

Собственная шумовая температура антенны обусловлена потерями анергии в облучателе.  Она может быть определена по аналогии с (4.5).

Поскольку коэффициент полезного действия  облучателя близок к 1, то собственной шумовой температурой антенны можно пренебречь.

Подставив все составляющие в (4.3), имеем  и .

4.2.           Расчёт добротности приёмных устройств

Для характеристики энергетического потенциала приемного устройства используют понятие добротности [9,10,13]:

            , .                 (4.8)

4.2.1.    Расчёт коэффициента усиления антенн земной станции и ретранслятора на приём и на передачу

Усиление антенны  земной станции на передачу или на приём можно определить по диаметру зеркала (рефлектора) и длине рабочей волны на участке ЗС-РС  или на участке РС-ЗС :

                                           , [дБ],                                  (4.9)

где  — коэффициент использования поверхности зеркала (КИП) (для однозеркальных , для двухзеркальных ).

Примем КИП  (однозеркальная антенна). Из исходных данных , следовательно  и .

Для бортовой антенны обычно задается угол главного ле­пестка диаграммы направленности . В этом случае усиление антенны можно определить как

                                                , [дБ].                                    (4.10)

Для обеспечения связи в пределах заданной зоны (по исходным данным квадрат площадью ) на ретрансляторе будем использовать антенну с ШДН [1]. Её коэффициент усиления составит .

4.2.2.    Расчёт добротности приёмных устройств земной станции и ретранслятора связи на ИСЗ

Подставляя в (4.8) найденные значения  и  для нашей сети спутниковой связи получим  и .

4.3.           Расчёт реальной чувствительности приёмников

Реальная чувствительность радиоприемника  характеризуется минимальной мощностью сигнала на его входе, при которой обеспечивается заданное качество связи на интервале и в линии в це­лом. Поэтому расчёт реальной чувствительности приемников проводится с учётом нормирования качества связи на интервалах (участ­ках), механизма накопления искажений в линии в условиях замира­ний, режимов работы станций в линии и т.д.

Реальная чувствительность приемников КС в режиме передачи цифровых сообщений методом непосредственной манипуляции несущего колебания определяется скоростью передачи сообщений,  методом манипуляции несущей (АМн, ЧМн, ФМн, ОФМн), способом обработки сигнала в приемнике (когерентный, некогерентный), требованием к достоверности и т.д. Для когерентного и некогерентного приема

                                            , [дБ],                                (4.11)

где B — скорость манипуляции несущего колебания

                      ,          (4.12)

где  — длительность принимаемых видеоимпульсов;

 — соотношение сигнал/шум на входе решающей схемы приемника для обеспечения заданной вероятности ошибок.

Связь между значениями  и  при когерентном приёме определяется через аргумент функции Крампа

                                                         .                                             (4.13)

где  — функция Крампа

                                                                            (4.14)

Коэффициент  зависит от вида манипуляции и для ОФМн .

Примем a=5, следовательно b=1,25. Т.е.  и . Откуда имеем  и .

Заметим, что выражение (4.11) справедливо для идеального приёма. В реальных условиях обычно принимается в расчёт поправка на потери при технической реализации когерентного приёма . С учётом этой поправки

                                   , [дБ].                       (4.15)

Имеем  и .

Такое различие значений реальной чувствительности приёмников на Земле и на борту ИСЗ обусловлено тем, что на земных станциях большое распространение получили параметрические МШУ с коэффициентом  шума 6…7 дБ, в то время как на ретрансляторе применяются транзисторные МШУ коэффициент шума которых ~10 дБ.

5.                 расчёт энергетических параметров передающих устройств

Расчет и обоснование энергетических параметров станций: мощности передатчика, затухания в АФТ, коэффициента усиления антен­ны, реальной (пороговой) чувствительности приемника или его шумо­вых параметров, требуемого запаса уровня СВЧ-радиосигнала на ин­тервале является основной целью  энергетического проектирования линии связи. Расчет производится на основе решения первого и вто­рого  уравнений  передачи. При этом отдельные составляющие этих уравнений должны быть предварительно рассчитаны или обоснованно выбраны.

Решение уравнений передачи не может быть однозначным вслед­ствие некоторого разброса значений параметров, входящих в уравне­ния. Поэтому величина рассчитываемого параметра может оказаться неприемлемой. В этом случае следует внести коррективы в значения тех или иных параметров и решать уравнение заново.

5.1.           Расчёт выходных мощностей передатчиков земной станции и ретранслятора связи на ИСЗ

Мощности передатчиков ЗС и РС определяются в соответствии с пер­вым уравнением передачи (2.1), (2.2), т.е.

                                  , [дБ],                         (5.1)

где  — мощности сигналов на входах приемников РС (РС), определяемые по методике, рассмотренной в п. 4.3;

 — эквивалентное затухание на участке вверх (вниз), которые находятся из выражения

                               , [дБ]                      (5.2)

где ,  — затухание волноводных (фидерных) трактов соответствующих передающих и приемных устройств участков;

 — эксплуатационный запас мощности передатчика[2].

Затухание радиоволн на участках радиолинии спутниковой связи было определено в п. 3. Потери в волноводных трактах определяются исходя из их проектируемой структуры и конструктив­ных особенностей и были обоснованы в п. 2.

Вычисленные таким образом величины  и  характеризуют мощности передатчиков ЗС и РС при передаче через ретранслятор сигналов только одной ЗС (односигнальный режим работы РС).

В системах же спутниковой связи через РС передаются сигналы нескольких ЗС с использованием многостанционного доступа с частотным, временным, либо другим методом разделения их сигналов. Таким образом, необходимо выполнять расчёт полной выходной мощности РС при передаче многостанционного сигнала.

5.1.1.    Расчёт полной выходной мощности ретранслятора связи при многостанционном доступе с временным разделением

Ретрансляторы связи на ИСЗ в общем случае представляют собой нелинейные устройства, поэтому процесс ретрансляции многостанци­онного сигнала сопровождается рядом специфических явлений:

·        взаимным подавлением сигналов;

·        возникновением взаимных шумов (помех);

·        снижением средней выходной мощности передатчика РС;

·        искажениями сигналов за счёт амплитудно-фазовой конверсии и другие.

Указанные особенности приводят к тому, что полная (суммарная) мощность РС  расходуется не только на передачу  полезного сигнала, но и на различные побочные излучения:

                                                  ,                                         (5.3)

где  — полезная пиковая мощность многостанционного сигна­ла;

 — суммарная мощность тепловых шумов в полосе ретрансля­тора;

 — суммарная мощность нелинейных (переходных) шумов в полосе РС;

 — суммарные потери выходной мощности,  обусловленные за­тратами энергии на побочные излучения, лежащие за пределами поло­сы многостанционного сигнала.

Введём коэффициент потерь мощности ретранслятора

                                                                    ,                                                          (5.4)

тогда

                                                  .                                        (5.5)

Значение , зависит от числа ЗС, работающих одновременно че­рез данный РС, и типа выходного усилителя мощности РС. Для усили­телей на ЛБВ коэффициент , принимает следующие значения [1]:

Таким образом, для проектируемого ретранслятора , т.к. в сети 5 земных станций.

При МДВР для работы каждой ЗС на передачу выделяется определённый интервал времени, поэтому при передаче сигнала любой из станций используется вся полезная мощность передатчика РС. Однако, поскольку все ЗС работают в импульсном режиме, то средняя мощность передатчика РС, приходящаяся на i-е направление связи, будет в  раз меньше ( — период цикла,  — время, отводимое для работы i–й ЗС за один цикл), т. е.

                                                         .                                                (5.6)

Суммарная мощность нелинейных шумов при МДВР оказывается сравнимой с суммарной мощностью тепловых шумов, т. е. . Учитывая , получим

                                                             .                                                    (5.7)

Как видно из расчёта, полученные значения для полной выходной мощности ретранслятора и выходной мощности передатчика ЗС составляют 90,672 Вт и 148,745 Вт соответственно. Такие мощности передатчиков обеспечить вполне возможно, при этом земная станция получится достаточно мобильной.

5.2.           Расчёт ЭИИМ ретранслятора связи на ИСЗ

Сведя в выражение (2.5) все рассчитанные значения (, , ), вычислим значение эквивалентной изотропно-излучаемой мощности ретранслятора — .

5.3.           Расчёт энергетического потенциала линии

Введём величину

                                             ,                                   (5.8)

называемую эквивалентной (эффективной) мощностью передатчика [9], учитывающую влияние всех энергетических параметров интервала на уровень сигнала на входе приёмного устройства.

Разница между эквивалентной мощностью передатчика и реальной чувствительностью приёмника, выраженная в децибелах, называется энергетическим потенциалом станции (системы) [5,9]

                                                       , [дБ].                                             (5.9)

Этот потенциал должен быть достаточным для компенсации полного затухания радиосигнала на участке.

Сведя в выражения (5.8) и (5.9) все рассчитанные ранее значения для участков РС-ЗС и ЗС-РС, получим энергетический потенциал передатчиков РС и ЗС соответственно  и .

 

Вопрос №2. Анализ эффективности существующих технических решений по построению сетей спутниковой связи.

6.                 разработка  структурной схемы ретранслятора

Тип структурной схемы бортового ретрансляционного комплекса (БРТК) определяется назначением и характером передаваемой информации. Так как разработке подлежала полевая сеть спутниковой связи, следовательно, задачей БРТК, функционирующего в такой сети, является создание зоны обслуживания на относительно большой территории (согласно исходных данных). Соответственно структурная схема данного БРТК подчинена решению этой задачи. Бортовая передающая антенна должна по возможности обеспечивать:

• равномерное распределение энергии сигнала в зоне обслуживания;
• контурную диаграмму направленности, благодаря которой основное излучение энергии сигнала лежит в пределах географических границ зоны обслуживания.

Бортовой ретранслятор должен быть максимально прост.

Рассмотрим структурную схему ретранслятора на рис. 6.1. На нём изображён ретранслятор связи с обработкой (демодуляцией сигналов) на борту.

Рис. 6.1. Структурная схема ретранслятора связи

Заключение

Практическое закрепление изученных в лекции вопросов проводится в ходе последующего занятия, где выполняется индивидуальное задание по проектированию линий (сетей ) связи на базе программных комплексов МАТКАД.