Спилкер Дж. Цифровая спутниковая связь (1979) (1152062), страница 25
Текст из файла (страница 25)
На характеристики этой системы спутниковой связи сильно влияют конфигурация орбиты спутника и распространение радиоволн между Землей и спутником, В последуюших главах подробно рассматриваются только те подсистемы спутника и земных станций, те параметры системы, которые имеют прямое отношение к характеристикам системы связи. Многие же подсистемы спутника и земных станций, не столь непосредственно связанные с этими характеристиками, опушены полностью, Главное внимание обрашено на системы связи со стационарными спутниками, работаюшими в диапазоне СВЧ.
Конкретные аспекты спутниковых систем связи, рассмотренные во второй части книги, включают; орбиты спутников и диаграммы излучения антенн; влияние распространения радиоволн между Землей и спутником; расчет линии; спутниковые ретрансляторы; преобразователи частоты и усилители в аппаратуре земных станций; многостанционный доступ с разделением сигналов по частоте (МДЧР); многостанционный доступ с разделением сигналов во времени (МДВР); влияние безынерционных пелннейиостей на сигналы при многостанциоппом доступе.
Безынерционные нелинейности имеются в любом усилителе, но особенно они важны в усилителях спутникового ретранслятора и земных станций. Эгн усилители должны работать с высоким КПД и часто в режиме одновременного усиления нескольких сигналов, когда возникают продукты комбинационных искажений при многостанционном доступе с частотным разделением. Другие важные эффекты в спутниковом ретрансляторе и земных станциях, больше относяшиеся к влиянию внутриканальных помех модуляционного типа (такие, как искажения в фильтрах, фазовые шумы генераторов), обсуждаются в третьей части книпь Для спутниково~о ретранслятора помимо безынерционной нелинейности характерно еше так называемое преобразование АМ/ФМ, которое заключается в том, что лиобое изменение огибающей входного сигнала (АМ) вызывает фазовую модуляцию (ФМ) каждого входного сигнала.
Безынерционные нелинейности вызывают несколько явлений: подавление сигналов (подавление слабых сигналов одним или несколькимп сильными сигналами); комбинационные искажения (возникновение компонент с частотами, равными линейным комбинациям частот двух или большего 128 числа входных сигналов); расширение спектра комбинационных искажений (расширение спектра компонент комбинационных искажений по сравнению со спектром входных сигналов); переходные помехи (модуляция данного сигнала другими сигналами).
Ретрансляторы, используемые в спутниковых системах связи, обычно выполняются в виде отдельных частотных стволов. Каждый ствол содержит усилитель с ограниченной пиковой мощностью, работающий в квазилинейном режиме или режиме ограничения, и тракт с преобразованием частоты. На вход каждого ствола поступает много сигналов от разных земных станций.
Для разделения стволов и для развязки между выходными сигналами высокого уровня и входными сигналами малого уровня применяются полосовые фильтры. Влияние безынерционных нелннейностей при МДЧР анализируется во второй части книги, поскольку это влияние относительно слабо зависит от вида модуляции. Искажения сигналов в фильтрах и фазовый шум генераторов также имеют место в спутниковых ретрансляторах.
Однако эти явления значительно сильнее зависят от скорости передачи информации и типа модуляции и поэтому рассматриваются в третьей части книги. Земные станции для спутниковой связи часто предназначаются также для одновременной работы с несколькими сигналами. Как и в спутниковых ретрансляторах, здесь необходима соответствующая фильтрация для развязки малошумящего приемника от мощного передатчика. Преобразователи частоты должны быть спроектированы так, чтобы паразитные продукты преобразования были бы минимальными, и должна быть возможность смещения рабочей точки, чтобы усилитель мощности мог всегда работать в режиме пониженной (против максимальной) мощности прп уменьшенном уровне комбинационных искажений (нелинейных продуктов).
Таким образом, многое из сказанного выше об эффектах нелннейностей применительно к спутниковым ретрансляторам в полной мере относится к земным станциям. Расчеты линии даны для типичного канала спутниковой связи. При этом отношение мощности принимаемого сигнала к спектральной плотности шума Рс(й(а представлено как функция излучаемой мощности земной станции, излучаемой мощности спутника, коэффициента качества (добротности) земной станции (отношения усиления антенны к шумовой температуре приемной системы, 0|1) и потерь при распространении сигналов. Отношение мощности принимаемого сигнала к спектральной плотности мощности шума можно затем преобразовать в отношение энергии сигнала на один элемент сообщения к спектральной плотности мощности шума Е,~л1о и связать с качеством цифровой передачи.
Поскольку основное внимание в этой книге обращено на передачу сигналов в диапазоне СВЧ, то влияние многолучевого Распространения радиосигналов, оказывающее сильное влияние на связь с подвижными объектами в диапазонах ОВЧ и УВЧ, не Рассматриваются, за исключением весьма специального случая 5 — И6 129 сополосной помехи незамирающему сигналу, рассмотренного в третьей части книги. Описаны методы многостанционного доступа с разделением сигналов по частоте и с разделением сигналов во времени, а также некоторые их варианты. Так, в качестве разновидности МДЧР рассмотрена система связи с одним каналом на каждой несущей (МДЧР-КН). Рассмотрены типичные форматы цикла передачи, характеристики системы и скорость передачи циклов при МДВР. Как высокоэффективный вариант МДВР описан метод многостанционного доступа с коммутацией сигналов на борту ИСЗ (МДВР-КС), при котором используются специальный спутниковый ретранслятор и многолучевые бортовые антенны.
Глава 6 СВЯЗЬ ЧЕРЕЗ СТАЦИОНАРНЫЙ СПУТНИК вл. ВВЕДЕНИЕ В этой главе излагаются принципы систем спутниковой связи, тнрнменяющих спутники на геостационарной орбите. Начнем с жраткого обсуждения орбит спутников и рассмотрим условия видимости спутника и геометрию системы с точки зрения наблюдателя, находящегося на земных станциях в различных точках поверхности Земли. Рассмотрим возможные преимущества много- лучевых бортовых антенн перед однолучевой антенной с глобальхгым охватом и их влияние на характеристики системы связи. Взаимные помехи в системе спутников и земных станций такэке должны быть рассмотрены.
К ним относятся помехи, вызываемые боковыми лепестками диаграмм направленности антенн в соседних спутниках нли в аппаратуре земной станции. Другие источники помех включают наземные радиорелейные линии: 'Солнце, когда его диск оказывается в пределах главного лепестка диаграммы направленности приемной антенны; нелинейные :продукты, возникающие в ретрансляторе или в аппаратуре земной станции, и др.
Выбор рабочей частоты спутника зависит от многих факторов, ;включающих размеры и усиление антенн, выделенных полос час":тот, влияния на линию связи атмосферных осадков, затухания в .-атмосфере и ионосферных сцинтилляций, а также влияния раз.личных источников шума. В заключении главы даны расчеты отношения сигнал/шум на линии как для односигнального режима, так и для многостанционного доступа. Расчеты линии даны, чтобы показать, какая часть мощности спутника необходима для организации данной шифровой линии связи. 130 РВТРАНСЛЯЦИЯ СИГНАЛОВ СТАЦИОНАРНЫМИ СНУТНИКАМ5Г связи l I Т==а Ф'й Количество и тип спутников связи, которые должны применяться в спутниковой сети связи, зависят от требуемой зоны покрытия.
Хотя три спутника на геостационарной орбите (рис. 0.)) Рис. бхй Схема Размеше- Оп занан ния трех спУтников связи ннройсиага писана (Сп) на геостационарной орбите для глобального покрытия: .и Ф;, 47. В(3 — восточное-западное 17,5' полушария Земли; для освеюевия всей видимой поверхности Земли ширина луча антенны спутииков 1 спзаны равна П,зч Редяус орби. 3 г, Л ШдаНШОЧССИОга ты, отсчитываемый от Неитрв Земли, ревев I 42)64 км.
т. с. сумме высоты орбиты ивд земной по. I верхиостью (35 786 ки) и / радиуса Земли (6376 км). Точиее, вквато- .12 6 Риальный Радиус Земли О))дань) (6378,!65 км) больше поляр- ИОГО (6356,785 км) пв 2),4 км гаиагаансапа и могут обеспечить глобальное покрытие (Зббю по экватору), более очевидным решением считается выбор четырех и более спутников и меньших интервалов между ними при построении глобальных систем связи. Это обусловлено необходимостью удовлетворения растущих потребностей в связи, обеспечения некоторого резервирования на орбите и расширения зоны обслуживания на более высоких широтах. Для национальных систем, которые должны обеспечить региональные покрытия территории одной или группы стран, требуется меньшее число спутников.
Однако в таких системах часто необходимо обеспечивать большую эффективно излучаемую мощность (ЭИМ) для того, чтобы можно было использовать недорогие земные станции и обеспечить большой. трафик. Имеется также возможность использования большого числа. спутников умеренной сложности, каждый из которых оснащен узконаправленными антеннами, а не малого числа более сложных спутников. На этот выбор могут влиять соображения первоначальной стоимости, резервирования, восполнения, срока службьг спутников на орбите и др. Поэтому размер зоны покрытия данной спутниковой системы не всегда определяет число используе" мых в ней спутников. Орбиты спутников. Прежде чем приступить к рассмотрению геометрически~.
соотношений применительно к характеристикам спутниковой системы связи, необходимо дать основные сведения об орбитах спутников. Период спутника на' аллнптической или круговой орбите вокруг Земли в секундах среднего солнечно- го времени (6. 1)1 где а — большая полуось орбиты (радиус круговой орбиты на рис. 6.1), )ь= =3,986 1О' кмз(сз — гравитационная постоянная Земли. Скорость движения спутника по круговой орбите равна рг гх(г, где г — радиус орбиты. Период обращения синхронного спутника Земли равен одним сидерическим суткам, содержащим 24 сидерических часа. Сидерические (звездные) сутки определяются как время одного оборота Земли вокруг своей оси относительно звезд.
Этот интервал времени несколько меньше, чем средние солнечные сутки (обычное время), так как за одни солнечные сутки Земля совершает один оборот вокруг своей оси плюс дополнительную часть оборота, поскольку она также проходит за это же время еще 1/365 часть своего пути по орбите вокруг Солнца. Сидерические сутки, таким образом, меньше, чем 24 часа солнечных суток, и равны 23 ч 56 мин 04,09054 с среднего солнечного времени (29). Таким образом, из (6.1) радиус круговой геостационарной орбиты равен а =-(гг)хТ(2п) ~э=42164 км. Удержание стационарного спутника в заданной точке орбиты '. Чтобы удержать спутник на геостационарной орбите, необходимо периодически производить коррекции его положения в направлении восток — запад, иначе он будет смещаться по долготе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
