SiRLS

При изменении символа в последовательности А(В) на противоположный происходит изменение фазы φА(φВ) на 180˚, что приводит к повороту фазы суммарного выходного колебания на 90˚ (рисунок 8.8).

Изменение символов сразу в обеих последовательностях соответствует

способность системы связи γ = В/ П в этом случае близка к 1 бит/с/Гц. В случае 4 - ОФМ

П = (1,1…1,2)В/log2N,

где N – число уровней манипуляции. То есть при 4 – ОФМ γ примерно равняется 2 бит/с/Гц.

К недостаткам методов ФМ относится уменьшение амплитуды огибающей до нуля в те моменты времени, когда фаза несущей изменяется на 180˚. Этот эффект вызывает появление значительных внеполосных излучений, а так же дополнительных искажений сигнала вследствие АМ-ФМ конверсии в ВЧ тракте. От этого недостатка свободен метод 4 – ОФМ со сдвигом (4–ОФМ-С), отличающийся от 4–ОФМ тем, что изменение фазы в квадратурных каналах происходит не одновременно, а поочередно со сдвигом во времени на тактовый интервал. При этом никогда не возникают скачки фазы на 180˚, так как изменение фазы на противоположную в одном из каналов вызывает сдвиг фазы результирующего колебания на 90˚ (рисунок 8.9).

В высокоскоростных цифровых РРЛ применяются более сложные виды модуляции. Наибольшее распространение получила квадратурная амплитудная манипуляция (КАМ), которая предполагает амплитудную модуляцию синфазной и квадратурной составляющих несущей. В общем случае сигнал КАМ может быть представлен в виде:

UКАМ(t)=U[С1(t)cosωt+C2(t)sinωt],

где С1(t) и C2(t) – модулирующие сигналы в квадратурных каналах. Если модулирующие сигналы принимают дискретные значения ±1; ±3, то при этом получается 16 – позиционная КАМ (КАМ-16). Расположение сигнальных точек на амплитудно-фазовой плоскости (“созвездие”) при ведено на рисунке

8.10.

На практике также применяются КАМ-64, КАМ-128.

8. Особенности интервала спутниковой СС. Основные соотношения.

При расчете энергетики систем связи через ИСЗ параметры антенн и приемных устройств связаны многими ограничениями. Антенны земных комплексов должны иметь максимально возможные коэффициенты усиления для компенсации больших потерь в тракте распространения. Такое решение

оказывается экономически наиболее выгодным. Выбор бортовой антенны ограничен допустимой массой и габаритными размерами. Во многих случаях коэффициент усиления бортовой антенны регламентирован только угловыми размерами зоны обслуживания на поверхности Земли. Выбор земных приемных устройств однозначно определяется типом малошумящих приемников из-за нормируемого низкого уровня принимаемого сигнала. Бортовые приемники нерационально выполнять с шумовой температурой ниже 290 К, если бортовая антенна ориентирована на Землю. Рабочая частота системы выбирается в соответствии с частотным регламентом МККР, а также с учетом частотной зависимости характеристик антенн, потерь в тракте распространения и интенсивности внешних шумов. Мощность бортового передатчика практически всегда задается исходя из общей энергоемкости космического аппарата. Поэтому одним из наиболее подвижных элементов энергетики космических радиолиний является мощность земного передатчика.

Рассмотрим метод расчета мощности передатчика для случая, когда электрические характеристики приемного устройства и антенн заданы и расчет сводится к определению параметров тракта распространения. Мощность земного передатчика определяется

где Р 2 б - мощность сигнала на входе бортового приемника, необходимая для обеспечения заданного качества работы линии; L 1 - наибольшие потери передачи на участке Земля - ИСЗ, который обозначен индексом 1; ƞ 1 зм и ƞ 2 б - КПД фидеров земной передающей антенны и бортовой приемной соответственно.

При расчете Р 2 б будем исходить из заданного отношения сигнал-помеха

на входе приемника , которое зависит от требуемого качества работы, вида модуляции, помехозащищенности приемника и других технических параметров оборудования. Тогда

где мощность шума на входе бортового приемника

Суммарная шумовая температура на входе бортового приемника

термодинамической температуре Тф, К; - суммарная шумовая температура приемной бортовой антенны, обусловленная действием внешних источников шумов.

Вотсутствие помех станций при узконаправленной приемной антенне и

сучетом только протяженных источников шумов природного происхождения

температура радиоизлучения атмосферы; - яркостная температура радиоизлучения земной поверхности. Все величины определяют с учетом максимально возможных их значений.

При определении Тш б учитывают, что шумовая температура приемной бортовой антенны определяется радиоизлучением поверхности Земли Тя зм, поскольку космический фон воспринимается только слабыми боковыми лепестками ДН. Потери

Здесь - потери передачи при максимальной протяженности интервала

Земля - ИСЗ, обозначенного индексом 1; - дополнительные потери при минимальном угле возвышения диаграммы передающей антенны:

где Lг - потери за счет поглощения в газах; L ф - поляризационные потери

за счет эффекта Фарадея; - ослабление в осадках. Значения потерь и температур приведены в справочниках.

9. Особенности интервала РРЛ. Основные соотношения.

Радиорелейная связь - наземная связь, основанная на ретрансляции радиосигналов на дециметровых и более коротких радиоволнах [ГОСТ 2437580 Радиосвязь, термины и определения]. Реально используется и метровый диапазон.

Отличительными особенностями радиорелейной связи являются многоканальность и высокое (нормированное) качество образуемых каналов. Достигается это использованием угловой модуляции. При угловой модуляции значительно увеличивается требуемая полоса частот, что и приводит к необходимости использования высокочастотных диапазонов. Одновременно при расширении полосы пропускания приемных трактов ухудшается их чувствительность, что требует увеличения мощности передающих устройств и (или) повышения направленности антенн.

Для радиорелейной связи используется диапазон частот от 60 МГц до 40 ГГц. Чем выше канальная емкость линии, тем более высокие частоты должны использоваться.

Это приводит к тому, что необходимым условием осуществления радиорелейной связи является наличие прямой видимости между передающей

иприемной антеннами (как исключение в метровом и нижней части дециметрового диапазонов при небольших расстояниях между передатчиком

иприемником в некоторых случаях связь может быть обеспечена и при отсутствии прямой видимости).

Сучетом необходимости выполнения данного условиях предельная дальность связи между двумя станциями ограничивается величиной:

r0≈√2∙Rз∙(√h1+√h2),

где Rз - радиус Земли, равный 6375 км, h1 h2-высоты поднятия антенн. Справедливость этой формулы вытекает из рассмотрения треугольников ОАО` и ОБО` на рис.1.

10. Принципы построения РРЛ. Диапазоны, емкость, дальность.

А. Особенности радиорелейной связи В настоящее время наиболее широко для радиорелейной связи

принимаются диапазоны дециметровых и сантиметровых волн. Диапазоны метровых волн (короче 5м) используются только для малоканальной радиорелейной связи.

Диапазоны миллиметровых волн и сантиметровые волны короче 3-х см считаются перспективными для некоторых видов РРЛ, но применение этих волн в настоящее время ограничено недостаточной их освоенностью и проблемами, связанными сильным поглощением этих волн гидрометеорами (дождь, снег, туман и т.д.). На практике для радиорелейной связи в указанных диапазонах т.е. УВЧ; ОВЧ; СВЧ; КВЧ выделяются лишь отдельные участки, так как в этих диапазонах функционируют и другие радиоэлектронные средства.

Свойства УКВ диапазона

·большая частотная емкость;

·практическое отсутствие атмосферных и промышленных помех;

·малая дифракционная (огибающая) способность;

·возможность создания антенных устройств узконаправленного излучения и приема электромагнитных колебаний [11].

Первая способность УКВ диапазона - большая частотная емкость.

Для радиорелейной связи могут быть использованы любые частоты УКВ диапазона. В этом диапазоне для передач сообщений можно задействовать широкие полосы частот (до нескольких МГц) и обеспечивать многоканальную связь (поскольку для передачи информации от наиболее распространенных источников требуется полоса в несколько КГц) или передавать широкополосные сигналы. Большая частотная емкость позволяет для связи на каждом интервале радиорелейной линии выделить две частоты одну для передачи, другую для приема сигналов и организовать благодаря этому дуплексная связь.

Вместе с тем большая частотная емкость дает возможность для передачи информации использовать разнообразные методы модуляции, и в частности такие, которые обеспечивают как высокую помехоустойчивость, так и постоянство остаточного затухания (аr) каналов связи. Последнее означает, что разность уровней сигналов на входе и выходе каналов оконечных станций - величина постоянная, независящая от условий связи [7]:

Pc вх - Рс вых = аr = const (3)

Уровнем принято называть значение величины сигналов, выраженное в относительных (безразмерных) единицах - децибелах:

Р = 10 lg(R1 /Po) = 20 lg(U1 /Uo) (4)

где Р1 и U1 - мощность и напряжение на выходе канала связи Ро и Uo - мощность и напряжение на входе канала связи.

Необходимость обеспечения постоянства остаточного затухания каналов диктуется рядом факторов. Во-первых, при этом может быть улучшено качество связи, поскольку в канале связи случайными величинами являются величина шума и передаваемых сигналов, а параметры каналов остаются неизменными. Во-вторых, появляется возможность включения на выходе каналов дифференциальных систем, что обеспечивает двухпроводные выходы каналов связи. В этом случае сопряжение каналов радиорелейных линий с каналами линий дальней связи осуществляется не только при четырех проводных, но и при двухпроводных выходах. В-третьих, некоторые виды оконечной аппаратуры работают эффективно при неизменном коэффициенте передачи сигналов.

Постоянство остаточного затухания каналов радиорелейных линий достигается при использовании таких методов модуляции, при которых уровень полезного сигнала на выходе приемника станции не зависит от величины высокочастотного сигнала на его входе, если последний больше определенной пороговой, для данного приемника величины. Это обеспечивается при передачи информации с помощью частотной и различных методов импульсной модуляции (кроме амплитудно-импульсной), которые требуют, как правило, широкой полосы частот тракта связи.

Характерным свойством таких методов модуляции является возможность улучшения качества связи не только за счет увеличения энергии принимаемых сигналов, но и за счет увеличения спектра частот, которые занимают эти сигналы, таким образом, используя для радиорелейной связи широкую полосу частот, можно обеспечить передачу большого количества информации и добиться существенного улучшения качества связи [9].

Второе свойство УКВ диапазона - практическое отсутствие внешних атмосферных и промышленных помех - выдвигает на первое место внутренние флуктуационные шумы приемных устройств. Уровень внутренних шумов легко учитывается при проектировании станции и расчете количества связи и при необходимости может быть уменьшено применение специальных малошумящих усилителей. Это также способствует существенному повышению качества связи на радиорелейной линии.

Третье свойство УКВ диапазона - малая дифракционная способность, которая тем меньше, чем короче используемая для связи длина волны. Это явилось основной причиной применения промежуточных станций для организации связи на большие расстояния. Протяженность интервалов между соседними станциями должна быть такой, чтобы обеспечивалась прямая геометрическая видимость между их антенными системами. Уверенная связь на каждом интервале обеспечивается передатчиками сравнительно малой мощности.

Препятствия, закрывающие линию прямой видимости, вызывают очень большое ослабление радиосигналов, компенсация которого требует резкого увеличения мощностей передатчиков. Это явление особенно характерно для линии, работающих диапазонах дециметровых и сантиметровых волн. В диапазоне метровых волн допускается частичное закрытие препятствиями линий прямой видимости на интервалах связи, но и в этом случае существенно понижается уровень полезного сигнала в месте приема и ухудшается качество связи.

Б. Принципы построения радиорелейных линий связи Радиорелейные линии (РРЛ) представляют собой цепочку

приемопередающих радиостанций (оконечных, промежуточных, узловых), которые осуществляют последовательную многократную ретрансляцию (прием, преобразование, усиление и передачу) передаваемых сигналов.

Цепочку радиорелейной линии составляют радиорелейные станции трех типов: оконечные радиорелейные станции (ОРС), промежуточные радиорелейные станции (ПРС), узловые радиорелейные станции (УРС). Условная радиорелейная линия связи схематично представлена на рис. 1.[10]

Рис. 1. Радиорелейная линия связи

На оконечной радиорелейной станции начинается и заканчивается тракт передачи. Аппаратура ОРС осуществляет преобразование сигналов, поступающих от разных источников информации (телефонные сигналы от междугородней телефонной станции, телевизионные сигналы от междугородней телевизионной аппаратной и т.д.) в сигналы, передаваемые по радиорелейной линии, а также обратное преобразование сигналов, приходящих по РРЛ, в сигналы телерадиовещания или телефонии. Радиосигналы ОРС с помощью передающего устройства и антенны излучаются в направлении следующей, обычно промежуточной, радиорелейной станции.

Промежуточные радиорелейные станции предназначены для приема сигналов от предыдущей станции радиорелейной линии, усиления этих сигналов и излучения в направлении последующей станции РРЛ [5].

На каждой промежуточной радиорелейной станции установлены по две антенны, ориентированные на соседние РРСП. Каждая из антенн является приемопередающей, то есть используется и для приема, и для передачи сигналов. Одним из преимуществ работы радиорелейной линии связи в сверхвысокочастотном (СВЧ) диапазоне является возможность применения высоконаправленных антенн с малыми габаритами. Небольшие размеры антенн упрощают их установку на высоких сооружениях. Хорошие направленные свойства антенн СВЧ диапазона позволяют облегчить требования к характеристикам приемопередающего тракта.

Одна цепочка приемопередатчиков РРЛ образует СВЧ симплексный (т.е. предназначенный для передачи сигналов в одном направлении) ствол. Структура симплексного ствола с учетом плана распределения частот приведена на рис. 2. [8]

Рис.2. Распределение частот в символьном стволе радиорелейной

линии

Два симплексных ствола, работающие во встречных направлениях, образуют дуплексный СВЧ ствол. Для передачи сигналов в обратном направлении может быть использована та же пара частот, что и в прямом направлении (двухчастотная система), либо другая пара частот (четырехчастотная система). Структурная схема одноствольной дуплексной промежуточной радиорелейной станции приведена на рисунке 3 [8].

Рис. 3. Структурная схема дуплексной ПРС

Для увеличения пропускной способности радиорелейной линии на каждой радиорелейной станции устанавливают несколько комплектов приемопередающей аппаратуры, подключенных к общей антенне. Магистральные радиорелейные линии связи могут иметь до восьми дуплексных СВЧ стволов (из них 6…7 рабочих и 1…2 резервных).

Кроме ОРС и ПРС для ввода в радиорелейную линию дополнительных потоков информации и вывода из РРЛ части передаваемой информации используют узловые радиорелейные станции. В узловых радиорелейных станциях, как и в ОРС, имеется аппаратура преобразования телефонных, радио и телевизионных сигналов в сигналы, передаваемые по РРЛ, и аппаратура

обратного преобразования. Кроме того, от узловых радиорелейных станций могут начинаться новые радиорелейные линии (ответвления) [20].

При проектировании радиорелейных линий следует учитывать и возможные изменения условий распространения радиоволн. Так, при повышенной рефракции (искривление направления распространения радиоволн) сигналы могут распространяться далеко за горизонтом. Поэтому колебания, излучаемые радиорелейной станцией с частотой, например, f1, могут быть приняты не только соседней станцией, но и станцией, отстоящей от нее через три пролета. Но для последней станции это будет паразитным сигналом, так как она должна принимать сигналы только от ближайшей станции. Нежелательные сигналы от всех других станций будут вызывать ухудшение качества приема.

Для устранения подобных явлений ретрансляторы радиорелейной линии связи располагают не по прямой линии, а зигзагом, так, чтобы не совпадали главные направления соседних участков трассы, использующих одинаковые частоты. При этом используют направленные свойства антенн. Радиорелейные станции разносят от генерального направления радиорелейной линии связи таким образом, чтобы направлению на станцию, отстоящую через три пролета, соответствовали минимальные уровни диаграммы направленности антенны. На рисунке 4 [13] показаны три пролета участка трассы РРЛ. На крайних пролетах используются одинаковые частоты. На такой трассе даже при сильной рефракции радиоволн сигналы от станций с номерами ПРСi и ПРСi+2 практически не влияют друг на друга. На рисунке заметно, что антенны практически не воспринимают радиоволны, приходящие с направления, лежащего на прямой, связывающей эти станции.

Рис. 4. Схема расположения ретрансляторов на трассе радиорелейной

линии связи [8].

11. Принципы построения СС с ИСЗ. Виды орбит. Диапазоны.

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 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