Спилкер Дж. Цифровая спутниковая связь (1979) (1151860), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Типичными значениями этих параметров явлЯютса ~=600 „„, Т,„-1 1о7 Для более длинных длин волн 17<600 МГц) можно считать, что соблюдается условие Ьх,1лЛ»1 и справедлива модель дальней зоны и й в ф-ле (6.12) примерно пропорциональны ).з. Данные измерений для доверительного уровня 96о7о замираний менее данного значения дают результаты, обычно согласующиеся с нижеследующими: Частота, ГГц 0,25 2,3 7,3 Затухание, дБ 22 2 (05 По большей части сцинтилляционные эффекты на частотах выше 7,3 ГГц практически отсутствуют. Коэффициент корреляции сцинтилляционных замираний на земных станциях, разнесенных по долготе, практически равен нулю уже при расстояниях порядка 1 км.
Разнесение станций в широтном направлении должно быть гораздо больше 2 км, чтобы обеспечить существенное ослабление корреляции для пространственно-разнесенного приема. Однако на разнесенных станциях вполне может быть корреляция сцинтилляционных замираний со сдвигом во времени, так как ионосферная неоднородность со временем перемещается. Наблюдались скорости кажущегося дрейфа неоднородности 280 м1с. Ширина полосы частот сцинтилляционных замираний на уровне — 3 дБ порядка 0,2 Гц. Следовательно, сциитилляционные замирания являются относительно медленными и их скорость приближенно соответствует скорости дрейфа и ширине неоднородности. Ширина частотного интервала, подверженного замираниям, очень велика даже в УВЧ диапазоне. Ширина полосы корреляции на уровне — 3 дБ превышает 100 МГц.
Следовательно, использование метода частотного разнесения для борьбы со сцинтилляци- юг тат О та7 ч н ы,ю и' 1 тоа то часмома, ггл Рис. б.а!. Зависимость затухания по направлению в зенит от поверхности до высоты 80 нм от частоты при различной относительной влажности 199*] 158 ы в б о,ог 7 Вззбб7ВВ7ОИ Чаглгена, ГГЧ г=г~з(пз Е+г,(2г,+г,)п' — г,з(п Е. (6.13) Отношение полного затухания А, дБ, для данной эффективной длины трассы г к затуханию в вертикальном направлении А„дБ, Равно отношению эффективной длины трассы к вертикальной про' Эффективный радиус Земли определяется атмосферной рефракцией при Распространении радиосигналов вдоль земной поверхности. (Прим. род.) 159 онными замираниями потребовало бы разнесения по частоте знаяительно больше, чем на 100 МГц, иначе оно оказалось бы неэффективным,— и обычно его реализация практически нецелесообразна.
Затухание радиоволн в атмосфере. На частотах выше 10 ГГц атмосферное затухание радиволн, обусловленное водяным паром и кислородом, может оказывать значительное влияние на работу линии связи. Роль этого явления на некоторых частотах даже сильнее влияния осадков. Графики зависимости затухания от частаты при нулевой и 100-процентной влажности представлены на рис. 6.31. Как видно из графиков, водяной пар вызывает пики затухания на частотах 22,2 и 183,3 ГГц, а кислород — семейство линий поглощения в окрестности частоты 60 ГГц (56 — 65 ГГц) и отдельную линию на частоте 118,8 ГГц [506].
Судя по этим частотным характеристикам затухания, между линиями поглощения кислорода существуют минимальные значения затухания. Следовательно, отдельные линии в окрестности Угао частоты 60 ГГц просто ие места различимы в масштабе ~ о рис. 6.31. Очень большое затухание на частотах по- ы ов г глощения кислорода де- Об лает эти частоты непри- й оу годными для спутниковых линий связи. На этих л од го частотах существует дополнительное затухание оо,', чо свыше 100 дБ.
а,вб Затухание для других ооу углов места Е можно вычислить, используя эффективную длину трассы г, связанную с вертикальной протяженностью Рис. б.зу. зависимость затухания з атмотРопосчфеРы 7' 10 км и сфеРе нз-за кислорода и задан их паРов от частоты при разных углах места 141) эффективным радиусом ' Земли гтл тяженности тропосферы, т. е. А/А,=к/г,. Частотные характеристики затухания, вызванного кислородом и водяным паром, для разных углов места представлены на рнс. 6.32; прн построении кривых использованы данные для стандартных атмосферных условий [141, 249], а величина г определена выше. алд ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СНУТНИКОВОИ ЛИНИИ СВЯЗИ Спутниковая линия в целом.
Пропускная способность спутниковой линии связи, в которой используется один ствол многоствольного ретранслятора, ограничивается мощностью спутника на линии вниз, мощностью земной станции на линии вверх, уровнями шумов спутника и земной станции и шириной полосы канала связи. Обычно одно из этих ограничений преобладает над другими; чаще всего основным ограничением является отношение сигнал/шум на линии вниз или ширина полосы канала. На рис. 6.33 ---+Ъ---------------~ е Рс. смт оз,пщ е( о г МАРугпс Согнали ЗЕНОЫЕ отоочаос осего ' д г "з щ ВадУЛОРОдсннмй СОгясе Рс он Оденодуооомру дзис, б.ЗЗ, Укрупненная структурнвн схема спутнико- вой линии связи: Зу — полоса прапускзния ретранслятора и приемнага уст.
ройстна земной станции; В~< Зу — полоса пропускавня усн лителя мощности передатчика земной станции; р(с и р(з— спектральная плотность мощности шумов на входе ретранслятора и приемного устройства земной станция соответственно; Р1 — эФфективно излучаемая мощность земной стан- ЦИИ: К Рс н ра — ОбЩЕЕ УСИЛЕНИЕ В РЕтРаНСЛЯтОРЕ; Сз.оср Сс.нр Сс ер С яр — коэффициенты усиления пе. резающит и пниемных антенн земной станции и спутника связи; Реп „ — мощность.
излучаемая спутником связи; (А~Роз(рс „„— А~Р )тдг ЗУ) — общая мощность сигналов и шона на входе РетРанслатаРа; Рт и = Рс нерр,а (А,Р, и-' (Ре пр — А,Р,)-~-дг зр!е)чззц — РезУльтиРУющаа мощность сигнала, ернии заемого г земной станцией ((чь)) представлена упрощенная структурная схема линейного ствола спутникового ретранслятора, в котором излучаемая спутником мощность Р, п,р делится пропорционально отношению мощности 160 принимаемых от земной станции (1=1) сигналов к общей мощности принимаемых сигналов и шума. Передача начинается с земной станции, которая излучает сигнал с шириной полосы В, и эффективной излучаемой мощностью Р1 в направлении спутникового ретранслятора, имеющего ширину полосы пропускания Ю'. На этот ретранслятор передаются н другие сигналы, составляющие общую ЭИМ, равную Х'Рь С учетом потерь распространения на трассе (которые могут различаться от одной земной станции к другой) н коэффициентов усиления приемной антенны спутника на входе приемника ретранслятора общая мощность сигналов равна Р, р д ХАсРь мощность шума М,ур' в полосе шириной Ю'.
В линейном ретрансляторе общая выходная мощность Р,„р этого ствола делится между полезными сигналами и шумом пропорционально их соответствующим мскцностям. Излучаемая спутником мощность Р,,ер зависит, в свою очередь, от коэффициента усиления ретранслятора К=рс,пер!(Рспр+ +Мс)р') и общей мощности сигналов и шума на его входе Р,,р+ +М,'ер'. Таким образом, ЭИМ спутника Репер = К( спр+Мс)Р) =Рспер па(Аере+ (Рс пр Ае Ре)+Мс(Р) (6 14) где )) =1/(Рс,пр+ М, Ж') — знаменатель коэффициента деления мощности между сигналом и шумом.
Сигнал спутника принимается удаленной земной станцией (1Ф1). Для этой станции шум приемника М,)Р, а потери распространения на линии вниз и усиление приемной антенны б,„р учитываются общим коэффициентом у,. Тогда мощность принимаемого этой станцией сигнала можно записать как Р~пр — — Рс.перуф[А,Р,+(Рспр — А,Р,)+М,1Р)+М,1Р. (6. ) Отношение эффективной мощности принимаемой несущей к спектральной плотности мощности шума 5/Мс для сигнала, соответствующего земной станции 1, равно рс пертСрмс+Ме с пер сС Мс ( с пр+ с )+ Ме (6.16) "оворят, что спутниковая линия связи ограничивается линией ~верх, если преобладают шумы бортового приемника, вследствие чего ~~ Рс,р/М,Ю'((1 и большая часть мощности бортового ретранслятора бесполезно расходуется на излучение шума.
Такая ситуация возникла бы, если бы излучаемые мощности земных ~~а~ц~й были слишком малы относительно мощности шумов на ~ходе ретранслятора. В таком случае Р, р((Мс)р и выражение (6 ~6) можно записать приближенно в виде (Я/М ) с.пер Ус ~с пе (41реЛсп) Аср! ж —, если у, Р, „„~ М,В'. (6.17) (1Ч 1 с пер(П') + МЗ Мс в — 166 им Более обычной ситуацией является случай, когда спутниковая линия связи ограничивается линией вниз, т. е. ограничена ЭИМ спутника, а отношение сигнал!шум на линии вверх К»1.
В этом случае' '1зрз (Рс,«р Г'с пе 1! (6.18) ' В орягянале выражении (6!18] отсутствует, по-внднмому, случайно коэффнцнент Аь поэтому далее приводится скорректированная формула, которая следует нз выражения (6.!6), если помимо условия й»1, т. е. Р«,«р»1у«1р, считать, что мошность сигнала на входе приемника спутника много больше, чем на входе приемника земной станции, т.
е. Р«««»Р««,„у;=Р««р. (Пряхе ред.) Условные обозначення частотных диапазонов поясняются е прныечаннн на стр 1«6. (Прихс ред.) 162 и мощность ретранслятора делится только между различнымп сигналами, передаваемыми по линни вверх. Такая спутниковая линия связи может обеспечить большое отношение энергии на один элемент (символ) сигнала к спектральной плотности мощности шума, т. е. Ез))г(о=Т(Б)Рго) »10, где Т вЂ” длительность элемента (символа) сигнала. На практике, конечно, нелинейности в ретрансляторе и другие искажаюгцие факторы могут оказывать значительное влияние на качество работы линии и изменять энергетические соотношения.
Такой квазилинейный режим работы ретранслятора или ре жим ограничения подробно рассматривается в гл. 9. Для конкретного типа модуляции, как, например, двухфазной ФМ, ограничивающим фактором может быть не мощность на ли. нии вниз, а ширина полосы канала. Такая ситуация существует в настоящее время на некоторых спутниковых линиях связи в диапазонах Х и С, для которых имеются эффективные схемные компоненты и применяются антенны с большими коэффициентзми усиления, но менее вероятна в диапазоне К, для которого еще не имеется столь эффективных компонентов, полосы частот шире, а потери в дожде больше'. Линия вниз. Энергетический бюджет линии вниз для данной несущей с цифровой модуляцией обычно является одним из определяющих элементов в проектировании и анализе всей спутниковой системы связи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
