книги / Основы построения телекоммуникационных систем и сетей

путям. Первый путь: наземная станция № 1 - КА-2 - приемник станции № 2. Второй путь: наземная станция № 1 - КА-1 - прием­ ник станции № 2.

МСЭ разработал модель и простой метод оценки действия мешающего сигнала. В этой модели мешающий сигнал заменяется шумовым сигналом с равномерной спектральной плотностью в полосе сигнала. Помеха от другой спутниковой системы связи считается допустимой, если мешающий сигнал вызывает увеличе­ ние шумовой температуры приемной системы не более чем на 4%, что создает дополнительные энергетические потери в радиолинии менее 0,2 дБ. При этом рассматриваются помехи только от одной спутниковой системы связи, помехи от других систем спутниковой связи не учитываются.

Пусть N0 —спектральная плотность шума на входе приемной антенны наземной станции в отсутствие помехи; N0„—спектраль­ ная плотность помехи в той же точке. Тогда должно выполняться условие

Non < 0,04No.

Умножим левую и правую части неравенства на некоторую полосу, в которой действует помеха. Тогда Р„£ 0,04РШгде Р,. и Рш - соответственно мощность помехи и мощность шума на выходе приемной антенны наземной станции. Можно записать для защит­ ного отношения сигнал-помеха

Pc _ P J > 25А.

Рп/Рщ Рш

При цифровых методах передачи информации отношение мощностей сигнал-шум на выходе согласованного фильтра перед демодулятором приемника определяется требуемой величиной h2 =E6/No для заданной вероятности ошибки на бит. Тогда для тре­ буемого отношения сигнал-помеха для любых методов модуляции и кодирования можно записать

Рс/Р„ = 14 + Л2 дБ,

где hr —требуемая величина А2 с учетом взаимных помех. Рассмотрим рис. 5.9 и две идентичные (однородные) спутни­

ковые системы связи. КА этих систем имеют широкие диаграммы направленности антенн и разнесены по геостационарной орбите на угол АфДля простоты будем считать, что наземные станции № 1 и № 2 двух разных систем расположены близко друг к другу.

Приняв, что дальности от наземных станций до КА-1 и КА-2 одинаковы, можно записать для защитного отношения сигналпомеха

Pn G nG np (0) + GnpCn (0) ’

где G„ = G„(0) — коэффициент усиления передающей антенны на­ земной станции вдоль оси антенны; Gnp(0) — коэффициент усиле­ ния приемной антенны наземной станции в направлении 0; стан­ ции № 1 и № 2 являются идентичными.

О б о зн а ч и м :/, —частота п р и ем а;/, —частота передачи. Тогда G„р/G„= ( / Пр//„) и можно записать

Р„ 1 + [Сп(0 )/С пр(0)] ( / пр//п)2 '

Для систем фиксированной спутниковой службы огибающая боковых лепестков антенн наземных станций относительно изо­ тропного излучателя не должна превышать следующих величин:

G(0) = 4 9 - 101g (d/X) - 251g 0, дБ, d/X < 100,

где величина 0 дана в градусах; d —диаметр апертуры антенны. Средняя мощность помехи на выходе приемной антенны ха­

рактеризуется эффективным значением уровня боковых лепестков G3(0), величину которых можно принять на 3 дБ ниже огибающей боковых лепестков:

G3n(0) = G3 пр(0) = G(0) - 3 = 46 - 101g (d/X) - 251g 0, дБ.

Так как Gnp = kmn2(d/X)2, то, положив кип = 0,6, получим:

Gnp = 7,7 + 201g (d/X), дБ

и

Gnp/G3np(0) = - 38,3 + 301g (d/X) + 251g (0).

Положив, как и ранее, 0 « Д<р, получим

301g (d/X) = 52,3 + h2 + 101g [1 + ( / Пр//п)3] - 251g Д(р.

Примем Дф = 2,5°, Л2 = 6 дБ. Минимальные диаметры антенн наземных станций для вышеуказанных условий равны:

Результаты расчетов показывают, что направлению на сосед­ ний КА соответствуют положения второго и более дальнего боко­ вых лепестков диаграммы направленности приемной антенны на­ земной станции.

При диаметрах антенн наземных станций, определенных по вышеприведенной методике, условия электромагнитной совмес­ тимости спутниковых систем связи выполняются автоматически. Однако при определенных условиях (многолучевые антенны КА и др.) для неоднородных спутниковых систем связи указанные диа­ метры антенн могут быть уменьшены. Очевидно, что в общем слу­ чае предельное уменьшение диаметра антенны наземной станции может быть достигнуто при условии, когда основной лепесток диаграммы направленности передающей антенны наземной стан­ ции еще не облучает соседний КА. Такая ситуация соответствует рис. 5.8, но для передающей антенны наземной станции. В этом случае диаметр антенны наземной станции выбирается из условия 70Xld = Дф, где А. — длина волны радиосигналов, излучаемых на­ земной станцией. Для этих условий минимальные диаметры ан­ тенн наземных станций для наинизшей излучаемой частоты соот­ ветствующего диапазона частот при Дф = 2,5° равны:

Системы мобильной спутниковой связи имеют терминалы с всенаправленными антеннами или весьма широкими диаграммами направленности антенн, так что мобильные терминалы облучают значительную часть геостационарной орбиты. Одновременная ра­ бота нескольких систем мобильной связи на базе геостационарных КА возможна в двух случаях:

1) разные системы спутниковой связи имеют разные полосы рабочих частот;

2) разные системы спутниковой связи имеют одни и те же поло­ сы рабочих частот, но обслуживают разные регионы земной поверх­ ности, которые создаются зоновыми лучами КА-ретранслятора.

Вдиапазоне частот 0,24-0,4 ГГц пока не удается создать ан­ тенны КА с узкими региональными лучами, поэтому в этом диапа­ зоне частот различным спутниковым системам связи необходимо выделять отдельные полосы рабочих частот.

Вдиапазоне частот 1,5—1,6 ГГц возможно создание зоновых лучей на КА -ретрансляторе и создание национальных (региональ­ ных) сухопутных систем мобильной связи, работающих в полосе частот системы INMARSAT, обслуживающей морские суда.

5.4.Особенности распространения радиоволн

вспутниковых телекоммуникационных

системах

При распространении радиосигналов в радиолиниях "ЗемляКосмос" и "Космос-Земля" необходимо, помимо других факторов, учитывать два важных эффекта: искажения радиосигналов в ионо­ сфере Земли и поглощение радиосигнала в дожде.

5.4.1. Ионосферные искажения радиосигналов

Ионосфера вызывает амплитудные и фазовые флюктуации ра­ диосигнала, называемые мерцанием радиосигналов, и ограничивает полосу когерентных частот при передаче широкополосных сигналов.

Излучение Солнца в видимом, ультрафиолетовом и рентге­ новском диапазонах волн создает в верхних слоях атмосферы Зем­ ли ионизированную область —ионосферу, содержащую свободные электроны, количество которых характеризуется электронной кон­ центрацией Ne —количеством электронов в кубическом метре про­ странства. В нормальных условиях существует три слоя (макси­ мума) электронной концентрации, влияющих на условия распро­ странения радиоволн. Для космической связи имеет значение слой F2 с наибольшей электронной концентрацией, располагающийся на высотах 200-500 км относительно поверхности Земли.

Показатель преломления ионосферы п = Ve, где е - диэлек­ трическая проницаемость среды,

n = J l - S 0 , W e/ f 2 = J l - ( f Kp/ f ) 2,

где /,ф = ^ М Д Г _ критическая или плазменная частота, харак­

теризующаяся тем, что радиоволны на частотах / </щ, отражаются обратно от ионосферы при нормальном падении радиоволны на ионосферу.

Неоднородности электронной концентрации ионосферы вы­ зывают флюктуации диэлектрической проницаемости ионосферы, которые приводят к флюктуациям амплитуды и фазы радиосигна­ ла, аналогично тому, как это было рассмотрено в гл. 3 для оптиче­ ских сигналов в атмосфере Земли. Анализ флюктуаций амплитуды и фазы радиосигналов [14] показывает, что флюктуации амплиту­ ды сигнала в ионосфере достаточно велики (до 10 дБ) в метровом диапазоне и нижней части дециметрового диапазона волн, что важно, например, для систем спутниковой мобильной связи диапа­ зона 0,24-0,4 ГГц. С увеличением частоты глубина амплитудных и фазовых флюктуаций уменьшается пропорционально / |-5, и на час­ тотах порядка 2 ГГц и выше с ними можно не считаться.

сигнала уд в дожде для разных частот и вычисляется ослабление радиосигнала в дожде Ьд с использованием кривых /э(а ) (см. рис. 5.11). Результаты расчета ослабления сигнала Ьл для разных частот представлены на рис. 5.12.

5.5.Методы многостанционного доступа

вспутниковых системах связи

При одновременной работе многих наземных станций через один КА-ретранслятор в некоторой общей полосе частот, напри­ мер в общей полосе частот одного ствола ретранслятора, на входе приемной антенны ретранслятора образуется групповой сигнал от излучений наземных станций. Этот групповой сигнал усиливается ретранслятором, переносится на другую частоту - частоту переда­ чи, усиливается в передающем тракте ретранслятора и переизлучается в сторону наземных станций, где каждая наземная станция должна принять нужный ей сигнал от другой наземной станции без помех от других работающих станций. Этот процесс уплотне­ ния в эфире сигналов от многих станций и последующее разделе­ ние на Земле сигналов от многих станций называется многостан­ ционным доступом. Многостанционный доступ является характе­ ристикой территориально-распределенной радиосистемы, в отли­ чие от многоканальной линии связи, где множество источников сигналов физически присутствуют на входе многоканальной ли­ нии связи и вследствие этого отсутствуют проблемы синхрониза­ ции источников сигналов отдельных каналов.

Как и в многоканальных линиях связи, многостанционный доступ с разделением сигналов отдельных станций в некоторой общей полосе частот может быть организован:

•с разделением сигналов по частоте (МДЧР);

•с разделением сигналов по времени (МДВР);

•с кодовым разделением сигналов (МДКР).

Ф ун кц и он альн ая схема ретранслятора КА. На рис. 5.13 представлена типовая функциональная схема многоствольного ретранслятора КА с так называемой прямой ретрансляцией сигна­ лов, когда в стволах ретранслятора не производится демодуляция принимаемых сигналов от наземных станций. Многоствольные ре­ трансляторы, как правило, используются в системах фиксирован­ ной спутниковой службы и теле-, радиовещания. Для систем мо­ бильной связи чаще используются одноствольные ретрансляторы.

Типовой частотный план многоствольного ретранслятора для частот приема (или передачи) показан на рис. 5.14. Для частотного плана ретранслятора на передачу частота f 0 есть средняя частота полосы частот на передачу, лежащая, например, в диапазоне 4 ГГц системы диапазона частот 4/6 ГГц. На частотеf 0 излучается пилот-

Приемопередающая

антенна

Рис. 5.13. Функциональная схема ретранслятора КА с прямой

ретрансляцией сигналов

сигнал, служащий для наведения антенн наземных станций на КА. Рисунок 5.14 также дает частотный план ретранслятора на прием. В этом случае частота f 0 будет лежать в диапазоне 6 ГГц.

Полоса пропускания УПЧ ретранслятора (см. рис. 5.13) равна

40 МГц. В общей полосе частот 500 М Гц размещается 12 стволов одной поляризации и 12 стволов противоположной поляризации радиосигналов. Таким образом, емкость ретранслятора в полосе частот 500 М Гц может достигать 24 стволов для одного антенного луча ретранслятора.

Диплексер служит для разделения (развязки) сигналов пере­ дачи и приема при работе на общую антенну. Диплексер содержит