Спилкер Дж. Цифровая спутниковая связь (1979) (1152062), страница 32
Текст из файла (страница 32)
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.
Мощность на линии вверх обычно не является столь критичным параметром, поскольку стоимость мощности земной станции гораздо ниже стоимости мощности спутника (даже с учетом более низкой чувствительности бортового приемника). Кроме того, размеры антенны земной станции, а следовательно, и ее коэффициент усиления в режиме передачи должны быть, как правило, велика по сравнению с теми же характеристиками бортовой антенны спутника из-за ограничений мощности на линии вниз. Поэтому для возбуждения бортового ретранслятора до требуемого уровня выходной мощности необходима относительно малая мощность от каждой из многих земных станций.
Ниже предполагается, что обеспечивается любая требуемая на линии вверх мощность, и рассчитывается только энергетический бию жет линии вниз. Однако более общие результаты можно получи па из предыдущего рассмотрения, используя формулу (6.16) . Критичным параметром, который необходимо рассчитать, является отношение мощности принимаемой несущей к спектральной плотности мощности шума 5/Хе. Минимальное допустимое значение этого параметра легко связать с требуемым отношением энергии сигнала на бит к спектральной плотности мощности шума Еа/1/о, вычисляемым в гл. 11. Значение отношения 5/у«7о, дБ Гц, на выходе тракта промежуточной частоты земной станции определяется выражением' (5/Л/о)тч =. Рмакс Ве + Р АтРт+ 11/Т вЂ” й — Е;, (6. 19) где все члены выражаются в децибелах (дБ) или децибелах относительно уровня 1 мВт (дБм) и й7а=йТ, Еу=!/уу', Рмакс— максимальная (пиковая) ЗИМ в дБм соответствующего ствола спутникового ретранслятора, причем Рмакс~)Р«,ууер', Во — величина, дБ, показывающая, иа сколько полная средняя мощность ретранслятора уменьшена относительно пиковой величины Р„,„с (таким образом, средняя мощность Р„яр= Р, „,— Во); РА1Р1— относительная доля, дБ, имеющейся средней мощности спутника Р,„р, которая будет использоваться для рассматриваемой несущей (например, если 6АуР,=А,Р,/Р,„,р=1/10, то в дБ данная величина будет равна — 1О; О/Т вЂ” отношение эффективного коэффициента усиления приемной антенны, дБ, к шумовой температуре приемной системы, К дБ, на частоте принимаемой несущей ', 6 — коэффициент усиления антенны в дБ, 6=10!ц[(4п/7з)571а1, где 5 — площадь зеркала, Х вЂ” длина волны, а коэффициент*71, учитывает КИП раскрыва н потери в компонентах [4201; й=198,6 дБм/К Гц — постоянная Больцмана; Ет — результирующие потери, относящиеся к Бй земной станции, в частности потери в свободном пространстве, в дожде, из-за погрешности наведения, в радиопрозрачном укрытии антенны и др.
Шумовая температура Т К приемной системы выражается в виде [51, 2141 (6.20) 1. 7 у,— у е ур, бу. у С у бб Еб Ю Е« "ч. сти: 10 1и Рс.аер -е Рма е — Бс, 101н (АбРб/Рс.аа) — «РАурь 101кй7, й+т, 101я т, -е — С у -Ь 6, ар. Добротность станции обычно обозначается как Су/Т. (Приме ред.) Иопример, типовые земные станции, соответствуюшие техническим требо- ваип"м 1СБС-46-13 Консорциума «Интелсата, номинально с антенной диамет- Ром 30 м обеспечивают в С-диапазоне П/у 40,7 дБ/К.
6* 163 по отношению к антенне источниками, например Землей, дождем, атмосферой и Солнцем; Š— потери в антенне, облучателе и компонентах волноводного тракта; Т, — температура окружающей среды; Т у — шумовая температура малошумящего приемника с учетом соответствующим образом пересчитанных потерь. Шумовая температура антенны — это взвешенный вариант шумовой температуры неба, которую для бесконечно узкого луча можно определить по кривым рис. 6.34.
Потери в свободном пространстве Ес„дБ, входящие в величину Х.ь равны вавилова аад оо- 4 ад опг О,'5 1ОП уо го ь 1П 5 ь ь г ь Е 1 Од ~йг и П,т ' р,у йг 'йд 1 г 5 го го до то чаамома, гЦ Рпс. б.34. Зависимость шумовой температуры неба. обусловленной переиалучеиием кислородом и водяиым паром, от час- тоты [3821: и — угол места в рвлнвнвх (св =20 Ц 1 ~ = 92446+ 20 16 ~+2016 г, (621) ч л / где частота [ в ГГц, а расстояние г — в км (рис. 6.18), или Е„= 97,796+ 20 1Я ~+ 20 1Я и', (6.22) где г' — в морских милях. (Морская миля равна 1,852 км.) Поте- 184 ри в свободном пространстве Е„ для случая геостационарной орбиты зависят от угла места Е; 1св лв 183,51+20 18 1 183,95+20 18 1 184, 84+20 18 7 90' 45' О' Требуемое отношение 5/йгэ для данной скорости передачи 14, бит/с, связано с отношением Еэ(й7,, необходимым для заданной вероятности ошибки в элементе (см.
третью часть книги), и рабочим энергетическим запасом М радиолинии на случай чрезмерных потерь (в дожде и др.) соотношением (6.23) (Е7й(о)тра = + Ев/й(о+ )э+ М. (6.24) Зависимость допустимой скорости передачи информации в бит1с от добротности С(Т земной станции при использовании 1, 2 и 4 процентов выходной мощности спутника представлена графически на рис. 6.35. Например, параболическая антенна диаметром 18,3 м в [331 с охлаждаемым параметрическим усилителем может обеспечить в Х-диапазоне добротность С7Т=40 дБ/К, а параболическая антенна диаметром 10,7 м с охлаждаемым параметрическим усилителем — около 35 дБ/К.
Таким образом, земная станция с антенной диаметром 18,3 м может обеспечить скорость пеРедачи-650 кбит/с, используя всего 1% мощности спутника. Рабочий энергетический запас в (6.23) можно уменьшить при использовании системы динамического управления выходной ~оШностью каждой земной станции сети, которая должна опера"вио н достаточно точно реагировать на изменения потерь в дожде других факторов затухания пли ухудшения параметров систем истемы связи.
Главная земная станция, управляющая работой 165 Обычно величину М выбирают равной 6 дБ для Х-диапазона и 4 дБ для С-диапазона. Для К-диапазона используется более значительный рабочий запас ввиду отмеченных ранее больших потерь в дожде. Для Е,/У,= 6 дБ выражения (6.19) и (6.23) можно объединить с тем, чтобы связатьмаксимальнуюдопустимуюскорость передачи в битлис с добротностью С(Т земной станции и долей мощности спутника Р=А,Р 6Р, „,р, необходимыми для обеспечения, например, следующих значений параметров спутниковой системы связи в Х-диапазоне: Р„„=53 дБм; Ь,=203,6 дБ (включая 2 дБ на различные неучтенные потери); Во=3 дБ — уменьшение мощности выходного усилителя ретранслятора, т. е.
Рь пер= Рмаксв — 3 дБ=50 дБм. Таким образом, для Е,)7т',=6 дБ энергетический баланс системы должен быть Р+С|Т вЂ” й= — 38 дБ. спутниковой сети связи, может непрерывно контролировать качество действующих линий связи и при необходимости перераспределять резервную мощность спутника. ь ало е в зо и ~то тол то' пи еее то олеоееть лееедечо, Оит/е Рис. 6.35. Зависимость необходимой добротности 61Т земной станции от требуемой скорости передачи при различной доле общей мощности спутника лля ланной линии связи.
Эффективно нзлу. чаемая мощность спутника 53 дБм Глава 7 СПУТНИКОВЫЕ РЕТРАНСЛЯТОРЫ 7.1. ВВЕДЕНИЕ Спутниковый ретранслятор и связанные с ним антенны образуют главную часть связной подсистемы спутника связи. Этот ретранслятор отличается от некоторых обычных ретрансляторов радиорелейных линий связи прямой видимости тем, что многие независимые земные станции имеют непосредственный доступ к спутнику связи, почти в один и тот же момент времени из далеко отстоящих друг от друга точек на Земле. Таким образом, на спутник связи поступает множество сигналов, которые должны быть им ретранслированы. В этой главе кратко описаны некоторые главные элементы и типы спутниковых ретрансляторов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
