9. Спутниковые системы связи

9.1. Принципы построения спутниковых систем связи

23 апреля 1965 года был запущен на высокую эллиптическую орбиту первый отечественный спутник связи "Молния-1", который ознаменовал становление в нашей стране спутниковой радиосвязи. Почти одновременно в США был запущен на геостационарную орбиту первый спутник коммерческой связи Intelsat-1.

Таким образом, была реализована идея резкого увеличения дальности радиосвязи благодаря размещению ретранслятора высоко над поверхностью Земли, что позволило обеспечить одновременную радиовидимость расположенных в разных точках обширной территории радиостанций. Преимуществами систем спутниковой связи (СС) являются большая пропускная способность, глобальность действия и высокое качество связи.

Конфигурация систем СС зависит от типа искусственного спутника Земли (ИСЗ), вида связи и параметров земных станций [14]. Для построения систем СС используются в основном три разновидности ИСЗ (рисунок 9.1) - на высокой эллиптической орбите (ВЭО), геостационарной орбите (ГСО) и низковысотной орбите (НВО). Каждый тип ИСЗ имеет свои преимущества и недостатки.

Рисунок 9.1. Виды орбит ИСЗ

Рисунок 9.1. Виды орбит ИСЗ

Примером ИСЗ с ВЭО могут служить отечественные спутники типа "Молния" с периодом обращения 12 часов, наклонением 63° , высотой апогея над северным полушарием 40 тысяч км. Движение ИСЗ в области апогея замедляется, при этом длительность радиовидимости составляет 6..8 ч. Преимуществом данного типа ИСЗ является большой размер зоны обслуживания при охвате большей части северного полушария. Недостатком ВЭО является необходимость слежения антенн за медленно дрейфующим спутником и их переориентирования с заходящего спутника на восходящий.

Уникальной орбитой является ГСО - круговая орбита с периодом обращения ИСЗ 24 часа, лежащая в плоскости экватора, с высотой 35875 км от поверхности Земли. Орбита синхронна с вращением Земли, поэтому спутник оказывается неподвижным относительно земной поверхности. Достоинства ГСО: зона обслуживания составляет около трети земной поверхности, трех спутников достаточно для почти глобальной связи, антенны земных станций практически не требуют систем слежения. Однако в северных широтах спутник виден под малыми углами к горизонту и вовсе не виден в приполярных областях.

Плоскость низковысотных орбит наклонена к плоскости экватора (полярные и квазиполярные орбиты) с высотой порядка 200..2000 км над поверхностью Земли. Запуск легкого ИСЗ на низкую орбиту может быть осуществлен с помощью недорогих пусковых установок.

Принцип осуществления системы связи с использованием искусственных спутников Земли показан на рисунке 9.2. Здесь через а и б обозначены земные станции (ЗС), между которыми устанавливается связь, а прямые и , касательные к поверхности Земли в точках а и б, являются линиями горизонта этих пунктов. Поэтому спутник ИСЗ1, движущийся по орбите MN, может одновременно наблюдаться со станций а и б при движении его по участку орбиты и . Следовательно, электромагнитные колебания, излучаемые антенной системой ЗС в точке а в направлении ИСЗ1, могут быть приняты бортовой радиоаппаратурой спутника и после их усиления и преобразования по частоте направлены в сторону Земли, где будут приняты антенной ЗС в точке б. Антенны ЗС всегда должны быть ориентированы на ИСЗ. Следовательно, при движущихся ИСЗ антенны должны поворачиваться, осуществляя непрерывное "слежение" за перемещением спутника в пространстве [15].

Рисунок 9.2. Принцип радиосвязи через ИСЗ

Рисунок 9.2. Принцип радиосвязи через ИСЗ

Система радиосвязи при наличии бортовой аппаратуры называется системой с активной ретрансляцией сигнала или системой с активным спутником.

Рассмотрим структурную схему дуплексной связи между ЗС, размещенными в точках а и б при активной ретрансляции сигнала (рисунок 9.3). Здесь сообщение С1 подводится к модулятору М станции ЗСа, в результате чего осуществляется модуляция колебаний с несущей частотой f1. Эти колебания от передатчика П подводятся к антенне Аа1 и излучаются в сторону ИСЗ, где принимаются бортовой антенной А ретранслятора. Затем колебания с частотой f1 поступают на разделительный фильтр (РФ), усиливаются приемником Пр1, преобразуются к частоте f2, и поступают к передатчику П1. С выхода передатчика колебания с частотой f2 через РФ подводятся к бортовой антенне А и излучаются в сторону Земли. Эти колебания принимаются антенной Аб2 станцией ЗСб, подводятся к приемнику (Пр) и детектору (Дет), на выходе которого выделяется сообщение С1. Передача от ЗСб к станции ЗСа сообщения С2 происходит по частоте f3 аналогичным образом, причем на бортовом ретрансляторе осуществляется преобразование колебаний с несущей частотой f3 в колебания с частотой f4.

Рисунок 9.3. Структурная схема радиосвязи через ИСЗ

Рисунок 9.3. Структурная схема радиосвязи через ИСЗ

Для передачи сообщений можно предложить и другой метод, при котором на борту спутника радиоаппаратура отсутствует. В этом случае сигналы, посланные из пункта А, отражаются поверхностью ИСЗ1 в сторону Земли (в том числе и к пункту б) без предварительного усиления. Поэтому сигналы, принятые станцией б, будут значительно слабее, чем при наличии бортовой аппаратуры. В качестве пассивных спутников могут использоваться как специальные отражатели различной формы (в виде сферических баллонов, объемных многогранников и других), так и естественный спутник Земли – Луна. Пропускная способность подобных систем связи при современном уровне техники не превышает двух-трех телефонных сообщений.

В случае, когда спутник ИСЗ2 движется по орбите m–n (рисунок 9.2) с высотой настолько малой, что не может одновременно наблюдаться антеннами станций ЗСа и ЗСб (высота орбиты ниже точки пересечения линий горизонта и ), и потому сигнал, принимаемый бортовой аппаратурой на ИСЗ2 не может быть сразу передан на станцию б. Работа системы в этом случае может быть построена следующим образом: ИСЗ2, пролетая над ЗСа принимает сообщения которые после усиления подаются на ботовую аппаратуру памяти (например, записываются на магнитофонную ленту). Затем когда ИСЗ2 будет пролетать над ЗСб, включается в ботовой передатчик и происходит передача информации, принятой от ЗСа. Включение передатчика может осуществляться подачей специального командного сигнала, излучаемого ЗСб в момент появления ИСЗ в зоне видимости этой станции, или с помощью ботового программного устройства, учитывающего скорость движения спутника по орбите, ее высоту и расстояние между станциями. Такая система называется системой связи с памятью или системой с задержанной ретрансляцией. Система с активной ретрансляцией сигнала в зависимости от высоты орбиты и расстояния между станциями может быть выполнена как система с мгновенной (не задержанной) ретрансляцией сигнала (система в реальном масштабе времени) и как система с задержанной ретрансляцией [13].

Особый интерес представляет геостационарная орбита – круговая орбита, находящаяся в экваториальной плоскости (i=0) и удаленная от поверхности Земли на расстоянии около 36000 км. В том случае, когда направление движения спутника по такой орбите совпадает с направлением вращения Земли, спутник будет неподвижным относительно наземного наблюдателя (геостационарный спутник). Эта особенность, а также то, что ИСЗ находится от Земли на большом удалении, приводит к следующим важным преимуществам связи через геостационарный спутник: во-первых, становятся возможными передача и прием сигналов с помощью неподвижных антенных систем (то есть более простых и дешевых, чем подвижные) и, во-вторых, осуществление круглосуточной непрерывной связи на территории, равной примерно трети земной поверхности. Однако через геостационарный ИСЗ затруднительно осуществлять связь с приполярными районами, расположенными на широтах выше 75º…78º,так как при этом существенно возрастают шумы на входе земных приемников.

В нашей стране на геостационарную орбиту выведены спутники связи типа "Радуга" и "Горизонт".

При движении ИСЗ по другим орбитам (не геостационарной) спутники будут перемещаться относительно наземного наблюдателя. В этом случае необходимы подвижные антенные устройства и специальная аппаратура, обеспечивающая слежение и наведение антенны на движущийся спутник [12]. Системы связи с подвижными ИСЗ при соответствующем выборе орбит позволяют обеспечить связь с любыми районами земного шара, в том числе и с приполярными. При использовании подвижных ИСЗ связь между станциями, размещенными в точках а и б (рисунок 9.2), может осуществляться лишь в течение времени, пока ИСЗ движется по участку орбиты .

Обеспечение длительной непрерывной связи при сравнительно невысоких орбитах возможно лишь при увеличении числа ИСЗ (рисунок 9.4,а).В этом случае на каждой земной станции должны быть установлены две антенны (А1 и А2), которые могут осуществлять передачу и прием сигналов с помощью одного из спутников, например ИСЗ1, находящегося в зоне взаимной связи . Когда ИСЗ1 выедет из этой зоны, связь будет происходить через ИСЗ2 с помощью антенн А2. При выходе ИСЗ2 из зоны передача и прием сигналов должны осуществляться посредством ИСЗ3 и антенн А1, направленных на этот спутник и так далее. Для получения непрерывной связи между станциями а и б расстояние между соседними спутниками должно быть меньше зоны . Число ИСЗ при таком методе зависит от расстояния между пунктами связи и параметров орбиты [20].

При использовании ИСЗ можно применить ретрансляцию сигналов не только через один, но и через несколько спутников. При этом в случае низких орбит для непрерывной передачи сигналов на земных станциях необходимо иметь по две антенны.

На рисунке 9.4, б показаны ИСЗ, движущиеся по часовой стрелке по одной низкой орбите, часть которой показана в виде дуги mn. Сигнал от станции а через антенну А1 поступает на ИСЗ4 и ретранслируется через ИСЗ3, ИСЗ2, ИСЗ1 к приемной антенне А1 станции б. Таким образом, в этом случае для ретрансляции сигнала используются антенны А1 и сегмент орбиты, содержащий ИСЗ4 – ИСЗ1. При выходе ИСЗ4 из зоны, лежащей левее линии горизонта , передача и прием сигнала будет вестись через антенны А2 и сегмент, содержащий ИСЗ5 – ИСЗ2. Затем передача и прием сигналов будет осуществляться антеннами А1 и сегментом, состоящим из спутников ИСЗ6 – ИСЗ3 и так далее.

Рисунок 9.4. Система связи с несколькими ИСЗ
Рисунок 9.4. Система связи с несколькими ИСЗ

Использование ИСЗ, движущихся по орбитам с малой высотой, упрощает аппаратуру земных станций, так как при этом возможно снижение усиления земных антенн, мощности передатчиков и работа с приемниками, имеющими несколько большую эквивалентную шумовую температуру, чем в случае геостационарных спутников. Однако в этом случае увеличивается число спутников, и требуется управление их движением по орбите.

Другой вариант использования для ретрансляции сигналов нескольких ИСЗ приведен на рисунке 9.4,в. В этом случае с одного из группы спутников, движущихся по одной орбите, например ИСЗ4, сигнал, излучаемый А1 станции "а", ретранслируется к геостационарному спутнику ИСЗг, а затем принимается антенной А станции "б". При выходе ИСЗ4 из области, лежащей левее линии горизонта , непрерывная связь станции "а" с ИСЗг будет осуществляться через антенну А2 и ИСЗ5, затем через А1 и ИСЗ6 и так далее. На станции "б" в этом случае достаточно будет иметь лишь одну антенну, направленную на ИСЗг.

Поскольку ИСЗ может наблюдаться с большой территории на поверхности Земли, можно осуществить связь между несколькими ЗС через один общий ИСЗ. В этом случае спутник оказывается "доступным" многим земным станциям, поэтому такая система называется системой с многократным доступом (МД). В системах МД могут быть организованны как циркулярная связь между станциями (передача сообщений от одной станции нескольким станциям), так и одновременная дуплексная связь между всеми ЗС, использующими один общий бортовой ретранслятор, размещенный на ИСЗ. Система связи через ИСЗ с МД состоит из нескольких земных станций, находящихся в зоне взаимной связи через ИСЗ и использующих для связи друг с другом или для связи одной станции с несколькими станциями в любых сочетаниях общий ретранслятор на ИСЗ (рисунок 9.5). Отметим, что в системе с МД может быть также организованна одновременная связь не со всеми станциями, а лишь с группой станций. В этом случае целесообразно использование бортовых антенн, имеющих узкие диаграммы направленности (большое усиление). Такие антенны управляются с Земли и могут направляться на нужную группу станций. Другим вариантом этой системы является коммутация бортовой аппаратуры на ту или иную бортовую антенну, имеющую фиксированное направление на определенные точки земной поверхности. Каналы связи, организованные через ИСЗ между земными станциями системы МД, могут быть разделены на две группы:

  • постоянные (закрепленные) каналы, предназначенные для связи только между определенными земными станциями;
  • непостоянные (незакрепленные) каналы, временно организуемые между различными станциями в зависимости от нужд потребителей.

Рисунок 9.5. Пояснение принципа многостанционного доступа

Рисунок 9.5. Пояснение принципа многостанционного доступа

Очевидно, что каналы первой группы позволяют организовать немедленную связь в любое время; каналы второй группы для организации связи требуют выполнения определенной процедуры, аналогичной той, которая характерна для обычной городской телефонной связи. Прежде чем осуществить передачу сообщений по каналам второй группы, необходимо: получить сведения о наличии свободного канала в системе (то есть получить подтверждение доступа в систему связи – в АТС это соответствует продолжительному тону); набрать адрес (номер) нужного корреспондента; убедиться, свободен ли канал к корреспонденту (то есть получить доступ к корреспонденту).

Очевидно, что в системах с закрепленными каналами из-за того, что часть каналов в некоторые интервалы времени будет использоваться, общее число каналов должно быть больше, чем в системах с незакрепленными каналами. Таким образом системы, с незакрепленными каналами являются более эффективными, однако они имеют и недостатки: во-первых, требуется дополнительно время для установления связи (надо найти свободный канал и с помощью вызывных и адресных сигналов осуществить необходимую коммутацию) и, во-вторых, возможен отказ в установлении немедленного соединения системы.

При любом виде каналов связи (закрепленных или незакрепленных) могут быть созданы многоадресные, одноадресные и смешанные сообщения и стволы [15].

При многоадресном построении групповых сообщений каждая земная станция излучает один ствол, в котором передается групповое сообщение, предназначенное для приема всеми земными станциями. Стволы, излученные всеми ЗС, пройдя через бортовой ретранслятор, принимаются на каждой ЗС. После демодуляции из каждого ствола выделяются те части групповых сообщений, которые предназначаются только для данной ЗС. Это выделение осуществляется либо на основании адреса данной станции, который передается перед сообщением, (при незакрепленных каналах), либо по предварительной договоренности о месте размещения каналов, предназначенных для данной ЗС в передаваемых групповых сообщениях (при закрепленных каналах).

Очевидно, что при многоадресном построении групповых сообщений в ВЧ стволах каждая ЗС должна принимать n-1 стволов, где n – число ЗС. Таким образом, в этом случае получается сравнительно простое передающее устройство, но существенно усложняется приемное оборудование ЗС.

При одноадресном построении для каждой ЗС формируется свое групповое сообщение и свой ВЧ ствол, в котором каждая передающая станция занимает соответствующее число каналов. Таким образом, каждая станция занимает определенное число каналов в n-1 стволах, проходящих через ретранслятор, каждый из которых предназначен только для одной определенной земной станции. В этом случае на каждой станции необходимо принять и демодулировать только один ствол, предназначенный для этой станции. Очевидно, что передающая аппаратура получается сложнее приемной.

При смешанном построении стволов на каждой земной станции осуществляется многоадресное формирование стволов, а на ретрансляторе производится переход от многоадресного к одноадресному построению стволов, то есть осуществляется перегруппировка каналов. Таким образом, при смешанном построении стволов получается упрощение как приемного, так и передающего оборудования земных станций, но усложняется аппаратура ретранслятора.

Существует три основных метода разделения общего канала связи: по частоте (ЧР), во времени (ВР), и посредством сигналов различающихся по форме (кодовое разделение каналов).

Рисунок 9.6. Многостанционный доступ с разделением по частоте (а) и по времени (б)

Рисунок 9.6. Многостанционный доступ с разделением по частоте (а) и по времени (б)

Многостанционный доступ с частотным разделением (МДЧР).

В этом случае для каждого ствола (то есть для каждой станции) выделяется определенная несущая частота (f1, f2,…, fn). Разнос между парой соседних несущих выбирается таким, чтобы была исключена возможность взаимного перекрытия спектров при модуляции (рисунок 9.6,а). Отметим, что наиболее просто МДЧР реализуется в том случае, когда на земных станциях осуществляется частотная модуляция колебаний многоканальным сообщением с частотным разделением телефонных каналов (сокращенно – система ЧР ЧМ МДЧР). Таким образом, в этой системе на вход ретранслятора поступает сложный сигнал, представляющий собой систему n модулированных по частоте гармонических сигналов, являющихся несущими частотами всех ЗС. Прохождение такого сложного сигнала через общий бортовой ретранслятор, представляющий собой нелинейное устройство, приводит к следующим нежелательным явлениям:

1) возникновению переходных помех;

2) подавлению сигналов тех земных станций (то есть тех стволов), уровень которых на входе ретранслятора по каким либо причинам (например, вследствие замираний), окажется меньше уровней сигналов других станций. Это подавление может доходить до 6 дБ. Для устранения этого явления необходимы соответствующий контроль и регулировка уровней сигналов, излучаемых с каждой земной станции. Такая регулировка может производится автоматически сопоставлением принятых с ретранслятора уровней сигналов с различных стволов (станций;

3) возникновению переходных помех между стволами и снижению выходной мощности ретранслятора из-за нелинейности амплитудной характеристики тех каскадов ретранслятора, которые являются общими для всех стволов, принятых с земных станций. Снижение выходной мощности обуславливается появлением продуктов нелинейности, на которые расходуется часть мощности ретранслятора.

Перечисленные явления приводят к тому, что при заданном значении переходных шумов в телефонных каналах с увеличением числа земных станций, то есть с увеличением числа стволов (несущих), одновременно усиливаемых ретранслятором, приходится снижать число телефонных сообщений, передаваемых на каждой несущей. Отсюда, чем большее число станций входит в систему МДЧР, тем меньшее число телефонных сообщений может быть передано. Расчеты и испытания реальных систем [22] показывают, что ретранслятор, способный пропустить на одной несущей при ЧР ЧМ 700 телефонных каналов, в случае работы 8 станций в системе ЧР ЧМ МДЧР может пропускать 30 каналов на каждой несущей, то есть не более 8·30 = 240 каналов (снижение пропускной способности почти в 3 раза). При работе 16 станций в системе ЧР ЧМ МДЧР на каждой несущей можно передавать не более десяти телефонных сообщений. Таким образом, по сравнению с первоначальной пропускная способность составляет 23%. Однако, при таком режиме работы при использовании статистических особенностей телефонных сообщений, передаваемых на различных несущих, появляются новые возможности увеличения пропускной способности ретранслятора. Если во время пауз между словами, фразами и при молчании абонентов в такой системе подавлять излучение земных передатчиков на несущей частоте, то это существенно снизит нагрузку ретранслятора и позволит в 3…4 раза увеличить пропускную способность. Напомним, что подобное подавление несущих используется при построении аппаратуры частотного разделения: на выходе индивидуальных преобразователей уровень колебаний с поднесущими частотами стремятся сделать возможно меньшим [1].

Метод МДЧР с подавлением несущих использован в системе "Спэйд", реализованной в международной системе "Интелсат". В этой системе каждое телефонное сообщение преобразуется в восьмиразрядный сигнал ИКМ (64 кбит/с) и передается на отдельной ВЧ несущей методом четырехфазной ФМ. Полоса частот, занимаемая одним телефонным каналом, составляет 38 кГц, защитный интервал Δfзащ = 7 кГц (рисунок 9.6,а). Описываемая система обеспечивает передачу в одном стволе шириной 36 МГц 800 незакрепленных каналов [6].

В отечественной аппаратуре "Градиент Н" также используется МДЧР, при котором каждое телефонное сообщение передается на отдельной несущей путем ЧМ с пиковой девиацией частоты, соответствующей измерительному уровню, равной 30 кГц. Число несущих частот в стволе составляет 200, разнос между соседними несущими равен 160 кГц. В отечественной аппаратуре "Группа" число несущих составляет 24; разнос между ними 1.35 МГц. Частотная модуляция в этом варианте аппаратуры осуществляется стандартной 12-канальной группой (спектр 12..60 кГц) с эффективной девиацией частоты 125 кГц [23]. Таким образом, число передаваемых телефонных сообщений составляет 24·12 = 288.

Многостанционный доступ с временным разделением (МДВР).

В данном случае работа земных станций через ретранслятор осуществляется поочередно. Поэтому все станции могут работать на одной несущей частоте и должны иметь общую систему синхронизации, обеспечивающую строго поочередные включения и выключения передатчиков.

На рисунке 9.6,б приведен цикл работы системы МДВР, состоящей из трех станций – 1,2 и 3. В течение интервалов времени τ, которые называются кадрами станций, каждая станция излучает колебания несущей частоты, модулированные сообщением, поступающем от аппаратуры разделения; через τ3 обозначен защитный интервал времени, предотвращающий одновременное включение двух наземных станций, а через Тц – цикл передачи. Описанный вариант относится к случаю синхронной работы наземных станций. Система синхронизации, которая может осуществляться по пилот-тону, должна учитывать различие расстояний между ИСЗ и отдельными земными станциями. Обычно системы с МДВР работают с геостационарными ИСЗ, поскольку осуществить синхронизацию при использовании подвижных ИСЗ сложно, так как в этом случае расстояния между ИСЗ и земными станциями будут переменными. В случае МДВР наиболее целесообразным вариантом является использование ИКМ с фазовой модуляцией несущей (сокращенно – ИКМ ФМ МДЧР). На рисунке 9.7 в качестве примера приведен подробный цикл работы системы МДВР. Из рисунка следует, что в течение каждого кадра со станций передаются не только сообщения, идущие по телефонным и служебным каналам связи, но и несколько специальных сигналов. К ним относятся: сигналы синхронизации, вызова и коммутации (СВиК), сигналы адресов (СА) и пилот-сигнал (ПС). Отметим, что СВиК состоит из сигнала синхронизации опорных генераторов при когерентном приеме (СГКП), сигнала цикловой синхронизации (ЦС), сигнала, необходимого в системах с ИКМ для тактовой синхронизации (ТС), и сигналов, обеспечивающих вызов абонентов и коммутацию цепей (ВиК).

Рисунок 9.7. Структура цикла при МДВР

Рисунок 9.7. Структура цикла при МДВР

Информационная часть кадра составляет около 85…90 % от полной длины кадра.

Системы с МДВР по сравнению с МДЧР обладают рядом преимуществ:

1) импульсная мощность передающего устройства данной станции не зависит от условий работы других станций и не требует регулировок, так как взаимное подавление сигналов отсутствует;

2) все земные передающие станции могут работать на одной несущей частоте, а приемные – на другой, что упрощает построение станций;

3) передатчик ретранслятора работает в режиме максимальной мощности; при этом отсутствуют взаимные помехи между ретранслируемыми сигналами.

К недостаткам систем с МДВР можно отнести сложность системы синхронизации станций и возникновение помех при нарушении синхронизации работы хотя бы одной станции.

Сравнение различных видов МД по пропускной способности при заданном значении шумов на выходе каналов и ограниченной мощности ретранслятора показывает, что МДВР имеет явные преимущества перед МДЧР.

Принцип МДВР реализован в отечественной аппаратуре МДВУ-40, позволяющей осуществить скорость передачи цифрового потока в стволе ИСЗ, равную 40 Мбит/с. В этой системе используется ОФМ-4.

9.2. Особенности передачи сигналов в космическом пространстве

Запаздывание сигнала.

Большая протяженность линии связи между земными станциями и ретранслятором, находящимся на борту ИСЗ, приводит к запаздыванию сигналов. Это определяется тем, что для прохождения расстояния , м, сигналу требуется время:

, (9.1)

где – протяженность линии связи от ЗС, находящейся в точке "а", через ИЗС до ЗС, находящейся в точке "б" (рисунок 4.1.2); с = 3·108 м/с – скорость света; Н – расстояние от спутника до поверхности Земли. Отсюда следует, что при Н = 36000 км (то есть в случае геостационарного спутника) величина запаздывания составит приблизительно 250 мс. Запаздывание сигнала при передаче дуплексных телефонных разговоров приводит к появлению вынужденных пауз в разговоре, потери "контакта" между абонентами, то есть ограничивает естественность беседы [1].

Эхосигналы.

Запаздывание сигналов приводит к появлению заметных для абонентов эхосигналов, возникающих при переходе с четырехпроводных цепей связи на двухпроводные из-за неидеальности дифференциальных систем. Эхо сигналы проявляются в виде прослушивания абонентом своего разговора, задержанного на время, равное удвоенному времени распространения сигнала между абонентами. С учетом (9.1)

. (9.2)

Особенно заметны эхосигналы при больших значениях tэха. Для систем связи, использующих спутники, движущиеся по орбитам с км (то есть для геостационарных спутников) tэха ≈ 500 мс. В этих случаях следует обеспечить затухание эхосигналов до величины, равной примерно 60 дБ относительно уровня полезного сигнала. Необходимое затухание эхосигналов осуществляется с помощью эхозаградителей.

Эффект Доплера.

Одной из особенностей систем связи через ИСЗ является возникновение эффекта Доплера, вызываемого движение спутника относительно ЗС. Обозначим через νr ту компоненту скорости движения ИСЗ, которая совпадает с линией радиосвязи ИСЗ – ЗС и условимся считать величину νr отрицательной в случае уменьшения расстояния между ИСЗ и ЗС и положительной при увеличении этого расстояния [16].

Известно, что при движении источника сигнала со скоростью ± νr частота принимаемых колебаний f связана с частотой излучаемых колебаний f0 соотношением

. (9.3)

Здесь с – скорость света.

Обычно всегда выполняется условие νr/c << 1, поэтому при движении источника сигнала в сторону приемника . Отсюда изменение частоты, вызванное эффектом Доплера

. (9.4)

Наиболее сильно эффект Доплера будет проявляться в системах связи, использующих не геостационарные орбиты (в системе "Молния" на рабочем участке орбиты ). В системах связи с геостационарными ИСЗ эффект Доплера может иметь место при коррекции положения спутника на орбите.

Отметим, что в соответствии с (9.4) эффект приводит не только к изменению частоты излучаемых колебаний, а следовательно, и несущей частоты, но и вызывает деформацию спектра передаваемого сообщения. Так, если модуляция осуществлялась колебанием с частотой F, принятое колебание на выходе детектора с учетом эффекта Доплера будет иметь частоту . Поэтому при модуляции колебаниями с частотами F1=1 кГц и F2 = 104 кГц на выходе детектора при получим соответственно частоты Гц и Гц. Отсюда следует, во-первых, что верхние частоты в спектре сообщения будут изменяться на большую величину, а во-вторых, что ширина спектра принятого колебания будет отличаться от ширины спектра модулирующих колебаний (в приведенном примере почти на 100 Гц).

Диапазоны рабочих частот систем связи через ИСЗ [12]. Выбор полос частот, выделяемых для работы систем связи через ИСЗ, определяется следующими основными условиями:

особенностями распространения электромагнитных колебаний через атмосферу;

интенсивностью шумов, вызванных радиоизлучениями различных внешних источников (Солнце, Луны, планет, атмосферы Земли и других);

возможностью работы систем связи через ИСЗ в выделяемых полосах частот совместно с другими радиослужбами при допустимых значениях радиопомех.

Согласно регламента радиосвязи [2], для района 1 (Европа, РФ, МНР, Африка) фиксированной спутниковой службе, к которой относятся системы связи через ИСЗ, отводятся следующие полосы частот (в диапазоне до 40 ГГц):

для передачи сообщений на участке сообщений Земля–ИСЗ 5.725…7.075; 7.9…8.4; 12.5…13.25; 14.0…14.8; 27.5…31.0 ГГц;

для передачи сообщений на участке сообщений ИСЗ– Земля 3.4…4.2; 4.5…4.8; 7.25…7.75; 10.7…11.7; 12.5…12.75; 17.7…21.2; 37.5…40.5 ГГц.

Следует отметить, что наилучшими полосами частот для систем связи через ИСЗ являются частоты в диапазоне 2…8 ГГц.

Сигнал на входе приемных устройств. Мощность сигнала на входе приемника может быть определена по формуле:

. (9.5)

Здесь А – суммарное ослабление сигнала на участке между антеннами; V(t) – множитель ослабления не превышаемый в течение t (%) времени; Ап и Апр – характеризуют соответственно затухание (ослабление) сигнала в фильтрах, стоящих между выходом передатчика и антенной, и выходом приемника и антенной; Kпол – величина поляризационных потерь, обусловленных как не идентичностью поляризационных характеристик антенн, так и изменением плоскости поляризации, вызванным эффектом Фарадея.

Практикум.

Найти мощность сигнала на входе приемника наземной станции при: Рпер=15 Вт; Gпер=25 дб; Gпр=47дб; fпер=30 ГГц. Потери энергии в тропосфере А=190 дб, поляризационные потери Кпол=7 дб. Спутник геостационарный.

Для решения подобных задач используйте формулу (9.5), при условии, что V=1, потери Ап и Апр отсутствуют. Все величины подставляются в формулу в единицах.

Величина А определяется ослаблениями сигнала в свободном пространстве Асв0 и поглощением в атмосфере при угле возвышения β в случае отсутствия осадков Аа (β). аким образом,

. (9.6)

Величина Аа (β) ηависит от длины пути радиоволн в атмосфере, которую можно характеризовать углом возвышения β. Путь, а следовательно, и поглощения будут минимальными при β = 90º, когда радиоволны пересекают атмосферу под прямым углом, и максимальными при β → 0. При определении затухания некоторую роль играет и высота станции над уровнем моря, так как характеризует длину пути луча в атмосфере.

Для расчета Аа (β) μогут быть использованы кривые, приведенные на рисунке 9.8, где по оси абсцисс отложена величина ослабления аа (β), δБ, то есть аа = 10·lg Аа(β).

Рисунок 9.8. Частотные характеристики затухания в атмосфере

Рисунок 9.8. Частотные характеристики затухания в атмосфере

Множитель ослабления в системах связи через ИСЗ.

Множитель ослабления V2 (t) определяется только поглощением электромагнитной энергии в осадках (дожде, облаках и туманах):

. (9.7)

Здесь аg – погонное ослабление сигнала, дБ, на трассе протяженностью 1 км; Rg – протяженность трассы, км, на которой наблюдаются осадки. Величина аg для дождей разной интенсивности определяется по графикам.

Величина Rg, входящая в (9.7), определяет длину трассы, на которой коэффициент ослабления аg примерно постоянен. Для вертикальных трасс (β=90º) ìожно считать величину Rg = 3…4 км, для горизонтальных (β=0º) – âеличина Rg зависит от интенсивности осадков. При интенсивности осадков 1<10 мм/ч величина Rg может доходить до нескольких сотен километров; при I=10 мм/ч Rg=45…55 км; при I=25…30 мм/ч Rg=30…35 км; в случае I ≥ 100 мм/ч Rg=8…12 км.

На частотах ниже 8 ГГц величина ад будет мала, поэтому в соответствии с (9.7) получим V2(t) =1. Таким образом, в системах связи через ИСЗ на частотах ниже 8 ГГц замирания сигнала можно не учитывать. Это является важным преимуществом этих систем связи по сравнению с системами РРЛ и ТРЛ.

Величина Кпол, входящая в (9.5), будет определятся только несовпадением поляризационных характеристик приемной и передающей антенн. Для предотвращения резкого уменьшения величины Кпол в системах связи через ИСЗ часто используются антенны с круговой поляризацией, которая при неточном изготовлении антенн может перейти в эллиптическую. При использовании на передаче и приеме антенн с одинаковой поляризацией (линейной или круговой) можно получить величину Кпол = 1. В случае, если обе антенны имеют линейную поляризацию во взаимно ортогональных плоскостях, то есть если одна антенна рассчитана на колебания с горизонтальной поляризацией, а другая – с вертикальной, величина Кпол = 0, то есть связь между антеннами отсутствует. Если одна из антенн имеет круговую поляризацию, а другая – линейную, величина Кпол = 0.5, что соответствует уменьшению принимаемой мощности в 2 раза.

Шумы на входе приемных устройств.

В спутниковых системах связи в отличие от РРЛ прямой видимости используются приемные устройства со значительно меньшими собственными шумами. Поэтому суммарная мощность шумов, отнесенных ко входу приемного устройства, определяется как величиной собственных тепловых шумов приемника Рт.вх, так и интенсивностью шумов различных источников и цепей, внешних по отношению к приемнику. К внешним источникам шумов могут быть отнесены: радиоизлучение атмосферы, шумы Земли и антенны, а также тепловые шумы, создаваемые различными цепями, подключенными ко входу приемника (фидерами, фильтрами и так далее). Кроме того, значительный уровень шумов на входе приемника может создаваться внеземными источниками – радиоизлучениями Солнца, Луны, планет и космическими источниками радиоизлучения [1]. Таким образом, суммарная мощность шумов, отнесенная ко входу приемников,

. (9.8)

Здесь Рт.вх – мощность собственных шумов приемника; РФ – мощность шумов, создаваемых фидером и другими цепями, отнесенная ко входу приемника; РА – мощность шумов антенны с учетом тепловых шумов атмосферы и шумов Земли, отнесенная ко входу антенны; Рк – мощность шумов, создаваемых радиоизлучением Солнца, Луны, планет и космическими источниками, отнесенных ко входу антенны; η – КПД фидера и фильтров; находящихся между входом антенны и входом приемника.

Учитывая, что мощность шумов связана с эквивалентной шумовой температурой Тэ зависимостью

Рш = kТэ·Пэ, (9.9)

Где k – постоянная Больцмана, а Пэ – ширина полосы пропускания приемника, выражение (4.2.8) может быть переписано в виде

. (9.10)

Рассмотрим определение величин, входящих в (9.10). Собственные шумы приемника, отнесенные к его входу, принято характеризовать коэффициентом шума Ш или эквивалентной шумовой температурой Тэ.пр. Эти параметры связаны соотношением

Тэ.пр = Т0(Ш-1),

где Т0 = 290 К.

Величины Тэ.пр и Ш определяются в основном параметрами первых каскадов приемника [2]. Приемные устройства с малошумящими входными усилителями оказываются сложными в изготовлении и эксплуатации. Поэтому выбору приемного устройства, например, с квантово механическим входным усилителем должно предшествовать тщательное технико-экономическое сопоставление этого варианта построения приемного устройства с другими возможными вариантами. Наряду с этим, выбор схемы входного устройства приемника должен определяться выигрышем в величине суммарных шумов. Так сравнение квантовых и параметрических усилителей показывает безусловное превосходство первых по шумовым характеристикам. Однако квантовые усилители требуют наличия более дорогих криогенных установок с жидким гелием; кроме того, они конструктивно сложнее из-за необходимости создания постоянного магнитного поля. По усилению и ширине полосы частот оба усилителя примерно равноценны. В случае если фидер (или дополнительный элемент), находящийся при температуре Тф = 290º К, обладает затуханием 0.1 дБ (η=0.977), эквивалентная шумовая температура, отнесенная к его выходу (то есть ко входу приемника), Тэ.ф = 6.7 К. Таким образом, каждая десятая часть децибела затухания фидера (дополнительного элемента) будет приводить к увеличению суммарной температуры, отнесенной ко входу приемника, примерно на 7 К. Отсюда вытекает целесообразность сокращения длины фидера между облучателем антенны и приемником, то есть установка входных малошумящих усилителей приемника непосредственно вблизи облучателей антенны.

Эквивалентная шумовая температура антенны определяется воздействием на нее теплового излучения Земли, теплового излучения атмосферы и собственными шумами антенны, вызванными потерями в ее элементах. Обычно эти потери очень малы и поэтому собственные шумы антенны можно не учитывать. Следовательно, эквивалентная температура антенны, пересчитанная к ее входу,

, (9.11)

β – угол возвышения; Тэ.з, Тэ.а – соответственно эквивалентные температуры Земли и атмосферы, отнесенные ко входу антенны.

На рисунке 9.9 показаны кривые, которые определяют зависимость эквивалентной температуры атмосферы, приведенной к антенне Тэ.а от частоты f и угла возвышения β. На этом же графике показаны примерные приделы изменения эквивалентной температуры космических шумов .

Рисунок 9.9. Зависимость эквивалентной шумовой температуры космических источников и атмосферы от частоты и угла возвышения.

Рисунок 9.9. Зависимость эквивалентной шумовой температуры космических источников и атмосферы от частоты и угла возвышения.

Рассмотрение кривых рисунка 9.9 показывает, что при уменьшении β величина Тэ.а растет настолько быстро, что использование величины β<5º нецелесообразно. Следует отметить, что при малых β увеличивается вероятность от наземных радиотехнических средств и промышленных объектов. Максимумы на частотах 22.23 и 60 ГГц объясняются поглощением в водяных парах и кислороде атмосферы соответственно.

Кривые (рисунок 9.9) относятся к нормальному состоянию атмосферы при отсутствии осадков; в случае осадков Тэ.а увеличивается. На рисунке 9.10 приведены результаты экспериментов на частоте 6 ГГц при различной интенсивности осадков. Кривая 2 совпадает с зависимостью Тэ.а от угла β, показанной на рисунке 9.9 для 6 ГГц.

Рисунок 9.10 – Шумовая температура атмосферы: 1 – дождь 6.35 мм/г; 2 – дождевые облака, дождя нет; водяные пары 5г/см3

Рассмотрим определение эквивалентной температуры Земли, отнесенной ко входу антенны Тэ.з. В системах связи через ИСЗ используются наземные антенны с большим коэффициентом усиления, имеющие ширину диаграммы направленности около одного градуса или меньше. Такие антенны, как следует из рисунка 9.9, для уменьшения эквивалентной температуры шумов атмосферы используются при β > 5…7º. поэтому можно считать, радиоизлучение Земли (шумы Земли) будут приниматься только через боковые лепестки диаграммы направленности наземной антенны. Это может быть пояснено с помощью кривых рисунка 9.10. На рисунке показана зависимость шумовой температуры антенны на частоте 2 ГГц от угла возвышения при двух вариантах облучения зеркала (отражателя) антенны и приведены относительные величины шумов, приходящихся на главный лепесток диаграммы и боковые лепестки передней и задней полусфер. Наибольший "вес" имеют шумы, приходящие по боковым лепесткам, и именно эти шумы определяют уровень собственных шумов антенны [8]. Эти шумы в значительной мере зависят от метода облучения зеркала антенны: при более резком спадании облучения к краям антенны боковые лепестки получаются меньше и, как следствие, уменьшается шумовая температура. Следует отметить, что одновременно с этим ухудшается использование поверхности антенны, что приводит к снижению коэффициента усиления при неизменных размерах зеркала антенны.

Поскольку на практике спадание облучения к краям зеркала обычно соответствует 10 дБ, в соответствии с рисунком 9.11 можно приближенно считать, что за счет боковых лепестков эквивалентная температура Земли (К), отнесенная ко входу земной антенны,

. (9.12)

Здесь β определяет угол возвышения в градусах.

Рисунок 9.11. Зависимость шумовой температуры антенны от угла возвышения при спадании облучения к краям антенны на 10 дБ (кривые 1, 2, 3, 4) и на 6 дБ (кривые 1', 2' , 3', 4') при f = 2 ГГц; кривые 1 и 1' – суммарная шумовая температура, 2 и 2' – доля боковых лепестков; 3 и 3' – доля главного лепестка; 4 и 4' – доля задних лепестков
Рисунок 9.11. Зависимость шумовой температуры антенны от угла возвышения при спадании облучения к краям антенны на 10 дБ (кривые 1, 2, 3, 4) и на 6 дБ (кривые 1', 2' , 3', 4') при f = 2 ГГц; кривые 1 и 1' – суммарная шумовая температура, 2 и 2' – доля боковых лепестков; 3 и 3' – доля главного лепестка; 4 и 4' – доля задних лепестков

Рисунок 9.12. Средняя яркостная температура планет
Рисунок 9.12. Средняя яркостная температура планет

Таким образом, согласно формулам (9.11) и (9.12) для приемной антенны земной станции

, (9.13)

где Тэ.а(β) определяется по кривым на рисунке 9.9 для заданного значения β и частоты f.

Для бортовых антенн спутников связи, ориентированных на Землю, можно считать, что ΩА> Ωз, а Тз>Т; здесь ΩА телесный угол главного лепестка диаграммы направленности бортовой антенны (стерад); Ωз –телесный угол Земли, "наблюдаемой" с борта спутника (стерад); Тз = 290º – эквивалентная температура Земли; Т – эквивалентная температура среды и ближайших предметов, окружающих бортовую антенну. Учитывая, что, кроме излучения Земли, на бортовую антенну будет воздействовать излучение атмосферы, которая окружает Землю, получим

. (9.14)

Здесь величина Тэ.а(90º) определяется по кривой рисунок 9.9 для значения β=90º и частоты f.

Для характеристики радиоизлучений космических источников обычно использоваться понятие яркостной температуры Тя источника, которая определяется как температура абсолютно черного тела (К), имеющего на данной частоте и в данном направлении такую же яркость, как рассматриваемый источник.

В том случае, когда температура окружающей среды в различных направлениях от антенны неодинакова и характеризуется яркостной температурой Тя00), где β00 – координаты в сферической системе, для определения Тэ.к необходимо умножить величину Тя00) на усиление антенны в соответствующих направлениях G(β00) и усреднить по всей сфере. Таким образом, на практике часто встречаются следующие два случая:

1. Величина Тя00) постоянна или мало изменяется в пределах главного лепестка диаграммы направленности антенны, а излучением, принимаемым боковыми лепестками, можно пренебречь. Это относится к случаю, когда ΩиA, где ΩA – ширина диаграммы направленности антенны. В этом случае Тэкя.

2. Угловой размер источников излучения Ωи мал по сравнению с шириной диаграммы направленности антенны ΩA (то есть Ωи< Ωз). При этом можно считать, что в пределах Ωи усиление G (β00) = Gmax и потому

. (9.15)

Зависимость Тср для Солнца и различных планет от длины волны приведена на рисунке 9.12

Величина углового диаметра Солнца для "земного" наблюдателя составляет , а угловой диаметр Луны в перигее и апогее – соответственно и , поэтому вероятность направления приемной антенны точно на ту или иную планету оказывается малой, тем не менее с этим, а также с возможностью приема излучения боковыми лепестками диаграммы направленности антенн, следует считаться.

Усредненная яркостная температура фонового излучения космоса, отнесенная ко входу антенны , приведена в виде двух штриховых линий на рисунке 9.9. Верхняя прямая характеризует максимальное, а нижняя – минимальное значение температуры.

Из изложенного следует, сто расчет величины Тэк, входящей в выражение (4.2.10), выполняется в соответствии с выражениями (9.15), и графиками, характеризующими , приведенными на рисунке 9.9. В том случае, когда приемная антенна не направлена на Солнце, Луну, планеты и дискретные космические источники, величина

Тэк = , (9.16)

причем определяется в соответствии с рисунком 9.9.

9.3. Особенности аппаратуры

Передающие устройства земных станций.

Эти устройства аналогичны передающим устройствам тропосферных линий связи. Частотная или фазовая модуляция колебаний осуществляется методами, используемыми в РРЛ прямой видимости и в тропосферных линиях связи [12].

На рисунке 9.13 приведена структурная схема передающей части аппаратуры "Градиент", которая работает в полосе частот 5975…6225 МГц и устанавливается на каждый ствол земной станции (ЗС). Передаваемые сообщения (многоканальный телефонный сигнал или телевизионный сигнал совместно со звуковым сообщением) подаются на вход (Вх) модулятора (М). Здесь осуществляется частотная модуляция колебаний промежуточной частоты, которые поступают к преобразователям ПР. На выходе ПР получаются ЧМ колебания в указанной выше полосе частот мощностью 3 Вт. Последующие усиление (до 3 или 10 кВт) осуществляется в мощных усилителях (МУ) на клистронах с КПД не менее 25%. Выходы МУ подключены к переключателю Пк, с помощью которого можно подключить к устройству сложения (УС) первый или второй комплект ПР и МУ и тем самым осуществить резервирование этих блоков (время переключения на резерв не более 200 мс). Отметим, что посредством УС к антенной системе можно подключить несколько таких же комплектов аппаратуры, то есть осуществить передачу через одну антенну нескольких стволов, каждый из которых занимает полсу 34 МГц. Контроль за работой осуществляется блоками К.

Рисунок 9.13. Структурная схема передающего устройства "Градиент"

Рисунок 9.13. Структурная схема передающего устройства "Градиент"

Передающие устройства систем связи через ИСЗ отличаются от передающих устройств других систем связи, рассмотренных в предыдущих главах тем, что в них производится ограничение мощности и вводятся специальные сигналы дисперсии [12].

Приемные устройства земных станций.

Одной из основных особенностей приемных устройств земных станций является применение малошумящих усилителей на входе и антенн с большим коэффициентом усиления, достигающим 52…60 дБ [14].

Рассмотрим структурную схему приемного устройства "Орбита-2" (рисунок 9.14), рассчитанного для работы в полосе частот 3400…3900 МГц. Колебания, принимаемые антенной, проходят переключатель комплектов П и поступают на вход одного из малошумящих охлаждаемых параметрических усилителей (МШУ), а затем – на вход преобразователя и предварительного усилителя ПЧ (ПР; ПУПЧ). С выхода ПУПЧ колебания поступают на основной УПЧ и частотный детектор, которые находятся в стойке П (Ст. П). На выходе этой стойки в зависимости от вида принимаемого сигнала можно получить либо многоканальное телефонное сообщение, либо сигнал изображения совместно со звуковым сопровождением. Разделение последних осуществляется фильтром Ф. На рисунке 9.14 показано, что МШУ, ПР и ПУПЧ полностью резервированы, переход на резерв осуществляется автоматически переключателем П посредством аппаратуры контроля и резервирования (КР) в течение 250 мс. Основными параметрами описанного приемного устройства являются: эффективная шумовая температура, отнесенная ко входу – 80…90 К; коэффициенты усиления; МШУ – 40 дБ, ПУПЧ – 23 дБ, основного УПЧ 55 дБ. Система АРУ поддерживает выходной уровень ПЧ с точностью ±1 дБ при изменении входного уровня на ±10 дБ; полоса тракта ПЧ по уровню 1 дБ – 34 МГц, полоса МШУ по уровню 1 дБ – 250 МГц.

Рисунок 9.14. Структурная схема приемного устройства "Орбита-2"
Рисунок 9.14. Структурная схема приемного устройства "Орбита-2"

Аппаратура "Орбита-2" позволяет создавать и многоствольный вариант приема; для этого с выходов МШУ, показанных на рисунке 9.14, колебания подаются на несколько параллельно включаемых блоков ПР; ПУПЧ [23].

Антенны.

В приемных и передающих устройствах используются антенные системы с усилением 50…60 дБ и малыми боковыми лепестками – рупорно-параболические и параболические антенны с переизлучателем (антенны Кассегрена). Наряду с этим, антенная система должна обеспечивать непрерывное слежение за движением ИСЗ. Это необходимо даже при использовании геостационарных ИСЗ, так как из-за неточностей выведения на орбиту они имеют некоторое перемещение и требуют коррекции движения. Отметим, что современные требования определяют допустимое смещение геостационарных ИСЗ на ±0.1 относительно номинального значения долготы. Поэтому антенные системы с узкой диаграммой направленности должны быть снабжены соответствующими поворотными устройствами, которые обеспечивают перемещение антенны в пространстве либо по заранее составленной программе, либо с помощью специальной системы слежения по максимальному значению принимаемого с ИСЗ сигнала. Второй способ может быть непосредственно реализован только на приемных антеннах, от которых данные, характеризующие направление приемной антенны на спутник, могут быть переданы на систему, управляющую движением передающей антенны. При передаче этих данных в них вносятся соответствующие поправки, учитывающие как некоторый территориальный разнос приемной и передающей антенн, так и их конструктивную неидентичность.

Бортовая приемопередающая аппаратура.

Одним из основных требований, предъявляемых ко всем комплексам, входящим в состав бортовой аппаратуры ИСЗ, является их высокая надежность, обеспечивающая безотказную работу аппаратуры в условиях космического пространства в течении длительного времени. Этому требованию должны отвечать не только отдельные детали и компоненты, входящие в состав аппаратуры, но и технологические приемы, используемые при изготовлении аппаратуры. Выбор варианта схемы бортового оборудования должен определяться минимальными массой, размерами, потребляемой мощностью [16].

На рисунке 9.15 приведена структурная схема приемопередатчика системы связи "Молния-1" [20]. Прием и передача сигналов осуществляется общей антенной А, которая через разветвитель Р1 и фильтры Ф1 и Ф2 присоединяется ко входу приемников и выходу передатчиков. Сигналы с несущими частотами f1 и f2, принимаемые с земных станций, поступают к разветвителю Р2 (рисунок 9.15) и через фильтры Ф3 и Ф4 подводятся к смесителям См, УПЧ и ограничителям Огр. После выравнивания ограничителями амплитуд принятых сигналов последние подаются к смесителям, в которых осуществляется преобразование промежуточной частоты в СВЧ. Затем сигналы с несущими частотами f2 и f4 через фильтры Ф5 и Ф6 и разветвитель Р3 подводятся к двухкаскадному усилителю на ЛБВ. Охлаждение ЛБВ осуществляется жидкостью, которая проходит через наружные радиаторы, излучающие тепло в космическое пространство.

Рисунок 9.15. Структурная схема ретранслятора "Молния-1"
Рисунок 9.15. Структурная схема ретранслятора "Молния-1"

Для обеспечения продолжительной работы и повышения надежности бортовой приемопередающей станции используются холодное резервирование комплектов аппаратуры и автоматическая система проверки, которая состоит из имитатора колебаний с несущей частотой земных станций (ИНЗ), контрольно-измерительного устройства (КИУ), программно-временного устройства (ПВУ) и коммутатора комплексов (КК). При обнаружении неисправного комплекта он заменяется одним из двух резервных.

К основным характеристикам ретранслятора системы связи "Молния-1" относятся [20]: диапазон частот – 800…1000 МГц; ширина диаграммы направленности бортовой антенны по уровню половинной мощности – 22º; мощность бортовых передатчиков при передаче телевизионного сигнала 40 Вт, при дуплексной передаче телефонных разговоров по 14 Вт в каждом высокочастотном стволе (на частоте f2 и f4); движение ИСЗ – по эллиптической орбите с апогеем около 40000 км в северном полушарии, перигеем около 500 км и наклонением орбиты около 65º; период обращения ИСЗ – 12 часов.

В 1972 году были запущены ИСЗ "Молния-2" с модернизированным ретранслятором, передатчики которого работают в диапазоне 4 ГГц.

Контрольные вопросы:

1. Перечислите преимущества систем спутниковой связи.

2. Дайте определение геостационарной орбите.

3. Поясните принцип связи с использованием искусственных спутников земли

4. Какая система является системой связи с задержанной ретрансляцией?

5. Охарактеризуйте систему с многократным доступом.

6. Объясните принцип многоадресного построения стволов.

7. Поясните принцип многостанционного доступа с частотным разделением.

8. Поясните принцип многостанционного доступа с временным разделением.

9. Что приводит к запаздыванию сигналов?

10. В чем проявляются эхосигналы для абонентов?

11. Из-за чего возникает эффект Доплера?

12. Чем определяется выбор полос частот, выделяемых для работы систем связи через ИСЗ?

13. Как определяется мощность сигнала на входе приемника?

14. Приведите формулу суммарной мощности шумов, отнесенной ко входу приемников?

15. Приведите структурную схему передающего устройства "Градиент".

16. Перечислите основные характеристики ретранслятора системы связи "Молния-1".

Основы построения телекоммуникационных систем и сетей


*****

© 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.