Орлов А.Г., Севастьянов Н.Н. Бортовой ретрансляционный комплекс (БРК) спутника связи. Принципы работы, построение, параметры (2014) (1152061), страница 24

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 24)

Структурная схема БРК определяет количество АФУ, количество и распределение транспондеров по различным АФУ, чтов конечном итоге, в сочетании с параметрами РТР и АФУ, определяет потенциальную информационную пропускную способность БРК в системах связи. Рассмотрим в качестве примера пропускную способность БРК в наиболее распространенных в настоящее время цифровых системах связи.Пусть БРК содержит N транспондеров с выходной мощностью каждого P(Вт) и все транспондеры подключены к общей (например, контурной) антенне скоэффициентом усиления G (дБ). Очевидно, ЭИИМ каждого транспондера составит P  G (дБВт). Вообще говоря, пропускная способность БРК зависит отмногих факторов, основными из которых являются: метод многостанционногодоступа земных станций к спутниковому ресурсу, метод модуляции в цифровыхканалах, частотный диапазон, имеющийся частотный ресурс транспондеров,энергетический потенциал ЗС.Известно, что главным параметром в цифровой связи при гауссовой моделишумовых помех в канале, определяющим вероятность ошибки при приеме битаинформации, является отношение энергии сигнала на длительности бита Еб кспектральной плотности мощности шума N0.

Очевидно, справедливы следующие соотношения: S  1Eб  S   Tб   ,N0  N0  N0  R(7.7) S  – отношение мощности несущей сигнала к спектральной плотности N0 где мощности шума, R – скорость передачи информации бит/с. Положим, что цифровая информация от ЗС передается в транспондере с помощью n одинаковыхнесущих на отдельных частотах (метод многостанционного доступа ЧРК).Обычно для фиксированной связи суммарный входной сигнал от ЗС  Pi навходе БРК значительно превышает суммарный уровень входного шума, т.е. Pi  Nвх .

В этом случае определяющее влияние на пропускную способностьБРК будет оказывать радиолиния КА – Земля.Исходя из формул (7.2) и (7.4), можно показать, что для каждой отдельнойстанции, проходящей в стволе транспондера, будет справедливо соотношение S G   P  G б  B0  10  lg n     k  Lcв  Lд . T з N 0 i(7.8)Здесь  P  Gб – максимальное значение ЭИИМ транспондера (дБВт); B0 дБ –уровень снижения максимальной выходной мощности транспондера, необхо135димый для линеаризации режима; 10  lg n – уровень деления средней линейной мощности транспондера между отдельными несущими (предполагается, чтоGона полностью делится между несущими);   – добротность на прием земной T зстанции;  Lсв  20  lg4   R– потери на распространение сигнала в свободномпространстве, зависящие от наклонной дальности ЗС от КА, т.е.

от угла места φ.Для стационарного КА Lсв составляют:для   90º Lсв  183,5  20  lg f ;  45º Lсв  184  20  lg f ;  0 º Lсв  184,8  20  lg f , где f – частота в ГГц; Lд (дБ) – дополнительные потери на распространение сигнала, учитывающиепотери в дожде, неточности наведения антенн и т.д.; k – постоянная Больцмана, равная −229,6 дБ/град·Гц. S Требуемое минимальное отношение  можно выразить следующим об N0 разом [1]: S Eв 10  lg R  M ,  N 0  тр N 0(7.9)где M представляет рабочий энергетический запас в радиолинии на случайчрезмерных потерь (например, в дожде). Обычно M выбирают  4 дБ дляС-диапазона, 6 дБ – для Х-, значительно выше для Ku- и особенно для Kaдиапазона из-за больших потерь в дожде.EПрименительно к С-диапазону для б  6 дБ, получаемN0 S   10  10  lg R. N 0  тр(7.10)Как указывалось в главе 4, для транспондеров, содержащих УМ на ЛБВ слинеаризаторами, B0 составляет  3 дБ.Таким образом, для отдельной несущей в С-диапазоне без учета потерь(Lg  0) :G10  lg R   P  G б     10  lg n  20. T з136(7.11)Очевидно, общая пропускная информационная способность транспондерабудет составлять n  R бит/с.Формула (7.11) дает общую энергетическую оценку скорости цифровых потоков на отдельной несущей.

Как видно, она зависит от энергетического потенGциала ЗС-добротности   и количества передаваемых несущих n. Если априT орно зафиксирована необходимая скорость передачи информации на отдельнойнесущей Ri , то полоса радиочастот, необходимая для передачи этого цифровогопотока, будет зависеть от выбранного метода модуляции, от которого такжеEзависит и величина б . Известно, что наиболее экономичными с точки зренияN0использования частотного ресурса являются методы многофазной фазовой манипуляции. Например, для часто применяемой в системах цифровой спутниковой связи 4-фазной манипуляции QPSK при скорости цифрового потока R бит/с1необходимая полоса радиочастот составляет  Гц.RТаким образом, при рабочей полосе транспондера f МГц максимальное количество модулированных QPSK сигналов не может превышатьn  f1 R  f .R(7.12)С другой стороны, из формулы энергетического баланса (7.11) следует, чтоG10  lg n   P  G б     10  lg R  20. T з(7.13)Формулы (7.12) и (7.13) позволяют оценить количество информационныхнесущих, пропускаемых транспондером в зависимости от того, какой ресурс –энергетический или частотный – окажется лимитирующим.Следует отметить, что формулы (7.11) и (7.13) дают завышенные оценки, поскольку в них предполагалось, что дополнительные потери Lд  0 .

Конечно,применительно к диапазонам Ku и Ka их необходимо корректировать с учетомповышенного (а в Ka-диапазоне значительного) влияния погодных условий.Использование Ka-диапазона позволяет существенно повысить пропускнуюспособность транспондеров при применении в качестве антенн m-лучевойМЛА, так как при подключении каждого транспондера к парциональному лучуего ЭИИМ будет составлять P  Gn , тогда как в контурной антенне, рассмотренной выше, ЭИИМ транспондера будет равен  P   Gn  10  lg m . Как неоднократно отмечалось ранее, повышенные потери в дожде и необходимость в по137вышенных энергетических запасах в радиолинии снижают потенциально имеющийся выигрыш.

Тем не менее использование Ka-диапазона для повышенияпропускной способности дает в целом положительный эффект и является перспективным направлением для спутниковой связи в микроволновом диапазоне.7.3. Надежность БРКНадежность БРК в течение заданного срока функционирования является еговажнейшей характеристикой. Следует отметить, что в последние годы внаправлении улучшения этих характеристик достигнуты большие успехи, позволившие довести ресурс многоствольных БРК до 15 лет и выше. Этому способствовали, прежде всего, улучшение ресурсных и надежностных характеристик радиоэлектронных компонентов, усовершенствование схемотехники БРК иего составных частей, а также разработка и внедрение специальной методологии проектирования, производства и наземных испытаний высоконадежных составных компонентов РТР и АФУ, предназначенных для долговременной эксплуатации в орбитальных условиях.Для рассматриваемого класса многоствольных БРК общая концепция получения необходимых ресурсных и надежностных характеристик основана наследующих принципах:1.

В качестве базовой схемы построения РТР выбрана схема с одним преобразованием частоты, поскольку она уменьшает количество «активных» (содержащих активные электронные компоненты) элементов.2. Основные структурные единицы БРК – РТР, АФУ – представляют высокоинтегрированные функционально законченные радиоэлектронные устройства, которые подвергаются усиленным (но обоснованным по интенсивности)наземным испытаниям на воздействие механических, климатических, вакуумных и других факторов, имеющих место в условиях запуска КА и его орбитальной эксплуатации.3.

Все «активные» радиоэлектронные устройства РТР (приемные устройства,УМ) комплектуются радиоэлементами из специальных перечней, разработанных на соответствие жестким американским (MilStandart) и европейским стандартам, предназначенным для использования в высоконадежной космическойаппаратуре. Коэффициенты нагрузки этих элементов (электрической и тепловой) также выбраны в соответствии с рекомендациями этих стандартов.4.

Все радиоэлектронные устройства РТР и АФУ на проектной стадии подвергаются тщательному анализу на математических моделях на предмет выявленияопасных локальных механических, термических и радиационных перегрузок.5. Применяемые устройства должны иметь прямой или близкий эквивалент,подтверждающий их предшествующую летную квалификацию.6. В целом все работы по надежности и испытаниям регламентируются обязательными сквозными программами ПОН (программа обеспечения надежности) и КПЭО (программа комплексной экспериментальной отработки).138Важнейшее значение имеет расчетная оценка надежности БРК, котораядолжна подтверждать соответствие надежности заданным в ТЗ или спецификациях требованиям.

При расчете надежности БРК и его составных частей в качестве параметра надёжности выбирают вероятность безотказной работы в течение времени t – срока службы или срока активного существования, предполагаяотказы оборудования в течение этого срока случайными и соответствующимиэкспоненциальному закону распределения вероятностей отказов, т.е.p (t )  exp( T ),(7.14),где  – интенсивность отказов.При этом среднее время на отказ Тср будет составлятьTср   tp (t ) 01.(7.15)Для группы из n каскадно соединенных устройств с вероятностями p (t ) вероятность отказа всей группы будет равна произведению вероятностей отказовотдельных устройств: npс  p1 (t ) p2 (t ) pn (t )  exp   i t  . i 1 (7.16)Когда группа состоит из n устройств, соединенных параллельно, то в целомэта система будет работать до тех пор, пока функционирует хотя бы одно изустройств.

Характеристики

Список файлов книги