Орлов А.Г., Севастьянов Н.Н. Бортовой ретрансляционный комплекс (БРК) спутника связи. Принципы работы, построение, параметры (2014) (1152061), страница 33
Текст из файла (страница 33)
В цифровом процессоре осуществляются также операции цифроаналогового преобразования цифровых сигналов в аналоговые сигналы передачи.Аналоговые сигналы с процессора поступают в передающую систему, гдеусиливаются на ПЧ, преобразуются в СВЧ и затем усиливаются УМ на ЛБВ идалее через дуплексеры поступают на облучатели МЛА. Следует отметить, чтоналичие цифрового процессора с помощью специальных алгоритмов позволяетввести предискажения в характеристики тракта передачи сигнала до УЛБВ и190таким образом линеаризовать амплитудную и фазовые характеристики ЛБВ,необходимые для качественной ретрансляции сигналов.Выше рассмотрена структура цифрового БРК, осуществляющего прямую ретрансляцию сигналов, но возможны и более глубокие операции с сигналами,например их демодуляция, декодирование, преобразование их формата передачи в форму, допускающую их передачу в режиме насыщения ЛБВ (TDM,TDMA).
В этом случае к.п.д. передачи может быть повышен на 30–50%.Несмотря на кажущуюся сложность приведенной структуры цифрового БРК,уже в настоящее время имеются примеры успешного использования цифровыхтехнологий на КА для подвижной и мобильной связи, например в системеInmarsat (БРК спутников Inmarsat) и даже в спутниках связи Ka-диапазона(Spaceway – США, Winds – Япония).
В этих спутниках антенная система построена на базе гибридной антенны, использующей зеркальный рефлектор иактивную антенную решетку в качестве облучателей, на которой с помощьюцифровой процессорной техники реализованы алгоритмы многолучевой МЛА,в цифровом процессоре БРК также реализованы алгоритмы межлучевой коммутации, селективного разбиения общей рабочей полосы частот на ряд парциальных каналов с предоставлением этих каналов по требованию.Не вызывает сомнения, что наблюдающийся прогресс в области цифровойэлектроники, ее удешевление, а также прогресс в микроэлектронике СВЧ (особенно MMIC технологии) приведет к более массовому использованию цифровых технологий при построении БРК коммерческих спутников связи в традиционных диапазонах С и Ku и позволит повысить их пропускную способность.10.3. БРК Ка-диапазона10.3.1.
Преимущества и недостатки Ка-диапазонаРасширение рабочих частот КА связи за счет освоения Ка-диапазона является естественным результатом развития космической связи, так как возможностинаращивания частотного ресурса используемых диапазонов С и Ku были практически исчерпаны. Из-за международных регламентных ограничений былиограничены и энергетические ресурсы БРК.В связи с этим проявился интерес к использованию Ка-диапазона в космических аппаратах коммерческого назначения для создания сетей космической связи массового обслуживания на базе технологий VSAT, особенно эффективнойпри создании систем ШПД (широкополосного доступа) в Интернет [33].Основное преимущество Ка-диапазона, по сравнению с диапазонами С и Кu,в которых сейчас развернуты коммерческие сети спутниковой связи, состоит,прежде всего, в более широкой полосе радиочастот.В диапазоне Ка легче в БРК реализуется МЛА, поскольку для угловых зонпарциального луча от 1 до 0,25 размеры антенного рефлектора МЛА (как показано в главе 5) не превышают за размеры обтекателя, т.е.
не требуется раскры191ваемых антенных рефлекторов. Наличие запасов по частотному ресурсу такжеоблегчает и создание МЛА для зонального обслуживания сетей связи, так какпозволяет реализовать «ортогонализацию» парциальных лучей путем присвоения смежным лучам разных частот. При этом зона обслуживания получаетсяпутем аддитивного сложения зон парциальных лучей. Для реконфигурации таких зон обслуживания достаточно подключения или выключения парциальныхлучей.Подключение к каждому парциальному лучу МЛА МШУ на прием и УЛБВна передачу позволяет значительно – на порядки – увеличивать энергетическийпотенциал БРК (G/T на прием, ЭИИМ на передачу).
В результате пропускнаяспособность БРК в сетях VSAT резко возрастает. Так, согласно данным [33],частотный ресурс «среднего» спутника С- и Ku-диапазона составляет ≈ 1 ГГц,частотный ресурс спутника Ка-диапазона с МЛА достигает примерно 40 ГГц.При этом за счет МЛА энергетика в локальных зонах в Ка-сетях на 810 дБвыше.В результате на некоторых спутниках Ка-диапазона уже достигнута пропускная способность до 70 Гбит/с и в перспективе планируется довести ее до200300 Гбит/с. Эти данные совершенно недостижимы для КА связи в диапазонах С и Ku.К недостаткам Ка-диапазона следует отнести:– более высокую сложность и стоимость БРК (это будет показано на примерах реализации его структурного построения в следующих разделах);– более высокие потери в радиолинии за счет затухания в атмосфере. Поданным [33], по сравнению с близким к Ка-диапазонам Ku, потери на затуханиев Ка выше примерно на 6 дБ;– более высокая техническая сложность и стоимость основных СВЧ компонентов БРК (МШУ, УЛБВ, СВЧ элементов, фильтров, СВЧ-переключателей).Тем не менее приборная реализация основных компонентов БРК освоена, чтопозволяет выполнять схемы ретрансляции с одним преобразованием частоты.Производство МЛА с парциальными лучами в 1; 0,5; 0,25 также имеется.Мировой опыт применения Ка диапазона насчитывает более 20 лет.
К настоящему времени создано более 60 КА связи и вещания, содержащих БРККа-диапазона. Перечень их представленв работе [33].В табл. 10.2 приведены данные, взятые из указанной работы, по спутникамКа и некоторым характеристикам его БРК, имеющие оригинальные техническиерешения (даты запуска 2012–2013 гг.).192Т а б л и ц а 10.2Спутники связи и вещания гражданского назначения на ГСО с БРКKa-диапазона, запущенные в период 2010–2013 гг.Спутник(орбитальнаяпозиция)Параметры спутника(платформы)Amos 4 (65E)Космическая платформаAmos HP BusArabsat 5B (26E)Космическая платформаEurostar 3000Arabsat 5C (20E)Космическая платформаEurostar 3000, 10 кВтAstra 3B (23,5E)Космическая платформаEurostar 3000, 12 кВтDirect TV14 (99W)Космическая платформаLS-1300, 20 кВтEchostar 17(107,1W)Космическая платформаLS-1300, 16 кВтExpress AM5 (53E)Космическая платформаExpress 2000Eutelsat 3B (3E)Космическая платформаEurostar 3000, 14 кВтHispasat A61Космическая платформаSmallgeo Luxor BusHylas-1 (33,5W)Космическая платформа1-2K 3,5 кВтHylas-2 (34W)Космическая платформаGeostar-2Inmarsat-5Космическая платформа1399-702, 14 кВтГод запуска,срок службыДиапазонПараметры БРКПеренацеливаемыелучи, 4 стволапо 218 МГцПеренацеливаемый луч2010,S, C, X, Ku,в Ка, ЭИИМ-60 дБВт,15 летKaG/T-8-9 дБ/К10 абонентских лучей2011,С, Kaс ЭИИМ 60 дБВт,15 лет2 луча на ЦЗС2 контурных луча2010,Ku, KaKu/Ka ЭИИМ 4915 лет51 дБВт, G/T-8-9 дБ/К24 луча2014,ЭИИМ 51-59 дБВт,Ka15 летконтурный луч СШАЭИИМ 49-52 дБВт60 абонентских лучей2012,KaЭИИМ 65 дБВт,15 лет20 лучей ЦЗС10 абонентских лучей2013,0,7; 2 луча ЦЗС,L, С, Ku, Ka15 летmax ЭИИМ 65 дБВт,G/T-17 дБ/К2014,ПеренацеливаемыеС, Ku, Ka15 летлучи Ка16 приемных ипередающих лучейКа 0,6˚ с обработкой2014,Ku, Kaинформации,15 леткоммутационныереконфигурируемыеантенны8 лучей Ка, 6 стволов2010,с перераспределениемKu, Ka15 летмощности и полосыв лучах, стволах24 абонентских и2012,6 лучей ЦЗС, ЭИИМKa15 лет61,5 дБВт, G/T 14 дБ/к,двойного применения89 лучей 0,6°.60 активных УМ,2014–2015,Ka48 резервных,15 лет6 перенацеливаемыхлучей, 3 ЦЗС на КА2013,12–15 лет193Ku, KaО к о н ч а н и е т а б л .
10.2Спутник(орбитальнаяпозиция)Параметры спутника(платформы)Год запуска,срок службыДиапазонInmarsat-5Космическая платформа1399-702, 14 кВт2014–2015,15 летKaKa-satКосмическая платформаEurostar 3000, 14 кВт2012,15 летKaKizuna (143E)Космическая платформа ссухой массой 2 400 кг,8 кВт2007,5 летKaKoreasets (75E)Космическая платформаLS-13002013,15 летC, Ku, KaNileat 201 (7W)Космическая платформа4000 В2, 6 кВт2010,15 летKu, KaSpace Way 3(140 E)Космическая платформа1355-702, 13 кВт2007,12 летKaПараметры БРК89 лучей 0,6°.60 активных УМ,48 резервных,6 перенацеливаемыхлучей, 3 ЦЗС на КА82 абонентских луча,масса БРК 1000 кг,370 кг антеннаясистема2-е МЛА (прием /передача), 10 лучей0,4°, отдельные АФАРс перенацеливаемым1° лучом. Обработка.Коммутация на борту8 стволов Ка(4 коммерческихи 4 военных),контурный луч,ЭИИМ-48-49 дБВт,G/T = 8 дБ/ККонтурный лучс ЭИИМ 50-51 дБВт,G/T = 7 дБ/К,для государственныхзадач в странахСеверной Африки112 лучей приема,24 быстроперенацеливаемых напередачу, выполнен набазе АФАР.
Полнаяобработка информации10.3.2. Принципы построения БРК Ка-диапазонаИз материалов подпараграфа 10.3.1 следует, что преимущества Ка-диапазонав сетях космической связи с VSAT реализуются при использовании в БРКМЛА. При этом возникает проблема обеспечения связности в зонах обслуживания, образованных ансамблем парциальных лучей. Эта проблема (межлучеваякоммутация) может быть решена с использованием ЦЗС или бортовых коммутаторов (процессоров). По существу второе решение на современном этапе соответствует использованию цифровых технологий обработки информации.В настоящее время имеются примеры построения БРК с применением обоихметодов обеспечения межлучевой коммутации.194Простейшими для реализации, более надежными и с меньшими экономическими затратами являются принципы построения БРК Ка-диапазона с использованием ЦЗС для межлучевой коммутации.На рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
