лабы / Лабораторная работа 1К

Ethernet и встроенные функции маршрутизатора. Некоторые модели,

посредством расширения могут оснащаться 1 — 4 телефонными портами.

Абонентская VSAT станция состоит из двух основных частей:

ODU (англ. OutDoor Unit — внешний блок), то есть антенны и приёмопередатчика, обычно мощностью 1 — 2 Вт.

и IDU (англ. InDoor Unit — внутренний блок) — спутникового модема.

Рисунок П1.3 – Абонентская VSAT станция на оборудовании ИСТАР

Блок наружной установки (ODU) — внешний блок, устанавливаемый в фокусе антенны, который передаёт концентратору и получает от него через спутник модулированные радиосигналы.

В состав ODU входят полупроводниковый усилитель (SSPB, BUC),

понижающий преобразователь малошумящего блока (LNB) и

поляризационный селектор (OMT). BUC и LNB подключены к отдельным портам OMT. Такая конфигурация обеспечивает приём сигнала с поляризацией определённого типа и передачу сигнала с поляризацией другого типа, обычно ортогонального (см. рисунок П1.4). Межблочный

32

кабель имеет разъёмы F-типа. Заводские антенны VSAT комплектуются облучателем и ОМТ.

Рисунок П1.4

В основном используются твердотельные (полупроводниковые) BUC, также называемые SSPB (Solid State Power Block-Up Converter). В последние годы появилась новая технология - GaN (полупроводниковые устройства на

BUC объединяет в себе два устройства - преобразователь частоты «вверх»

(англ. Up-converter) и усилитель мощности (англ. high power amplifier, HPA).

Необходимость преобразования частоты связана с тем, что в большинстве случаев для спутниковой связи используются радиодиапазоны с частотами в единицы и десятки Гигагерц (C, X, Ku и в последнее время Ka). Передача

таких радиочастот (англ. radio frequency, RF) по коаксиальному

кабелю приводит к большому затуханию сигнала, что не позволяет отнести

передающее оборудование от антенны, а использование

длинных волноводов многократно усложняет и удорожает систему.

33

Для того, чтобы оборудование спутниковой связи можно было расположить на значительном (обычно десятки метров) удалении от антенны, сигнал от

него передается по коаксиальному кабелю на более низких

(промежуточных, англ. intermediate frequency, IF) частотах, как правило в диапазоне 1-2 ГГц (L-диапазон). Преобразование в рабочие частоты и усиление до необходимого для передачи уровня осуществляется с

соединенного с облучателем коротким волноводом).

Дроссельно-фланцевое соединение по сравнению с контактным соединением является более надежным в эксплуатации (рисунок П1.5). Оно содержит дроссельный 2 и гладкий 3 фланцы, припаянные к соединяемым волноводам

1. Дроссельный фланец отличается от гладкого тем, что содержит полуволновый короткозамкнутый шлейф abc, образованный кольцевой канавкой ab, глубиной λ/4 и зазором bс между фланцами, длина которого тоже равна λ/4.

Рисунок П1.5 - Дроссельно-фланцевое соединение

Основные характеристики BUC

Рабочий диапазон частот, выбирается под требуемый диапазон спутниковой связи — C, X, Ku или Ka. От рабочего диапазона зависит, в

частности, размер волноводного фланца, которым BUC подключается к антенне.

34

Частота переноса (англ. Local Oscillator, LO, то есть частота внутреннего генератора) определяет границы диапазона рабочих частот. Частота внутреннего генератора BUC должна иметь высокую стабильность, поэтому всегда используется схема с автоподстройкой частоты по образцовому источнику. Сигнал образцовой частоты (обычно 10 МГц) передается по тому же кабелю, что и усиливаемый сигнал. Источником образцовой частоты может быть оконечное оборудование спутниковой связи (типично для VSAT-

станций) или отдельный высокостабильный генератор (для центральных станций спутниковых сетей). Cуществуют также модели с внутренним высокостабильным (не хуже +/- 1ppm) генератором образцовой частоты.

Выходная мощность. Требуемая мощность зависит от диапазона и назначения спутниковой станции. Например, в Ku-диапазоне мощность до

2 Вт разрешена для VSAT-станций, использующих упрощенную процедуру регистрации.

Потребляемая мощность всегда существенно выше, чем излучаемая

(полезная) мощность BUC. Для оценки можно считать, что соотношение потребляемой и излучаемой мощности для твердотельных усилителей — примерно 10:1. То есть, BUC с выходной мощностью 2 Вт будет потреблять около 20 Ватт.

Усиление (англ. Gain), измеряется в децибелах и показывает, во сколько раз мощность излучаемого сигнала (после преобразования) больше мощности подводимого сигнала (до преобразования).

Напряжение питания выбирается в зависимости от потребляемой мощности

BUC. Для усилителей небольшой выходной мощности (до 6-8 Ватт)

используется питание от спутникового модема напряжением 24 В по тому же коаксиальному кабелю, по которому передается высокочастотный сигнал.

Масса и габариты зависят от мощности BUC и определяют способ его установки. Усилители мощностью до 4-6 Вт (и некоторые модели до 16 Вт)

могут быть установлены на облучатель антенны, усилители большей

35

мощности устанавливаются отдельно и соединяются с облучателем антенны

волноводом.

Таблица П1.1 - Типовые рабочие диапазоны и частоты генераторов BUC в

диапазонах Ku

Спутниковый конвертер (англ. low-noise block downconverter, LNB) —

приёмное устройство, объединяющее в себе малошумящий усилитель

(МШУ, англ. LNA- low-noise amplifier) принимаемого со спутника сигнала и понижающий преобразователь частоты (англ. Down-converter). Конвертер устанавливается на облучателе спутниковой антенны и подключается к приёмному оборудованию коаксиальным кабелем, по этому же кабелю осуществляется питание конвертера и, если требуется, передача управляющих сигналов.

Существует также способ объединения передающего усилителя-конвертера

BUC и приемного конвертера LNB в один блок, именуемый «iLNB» (interactive LNB) или «smart LNB».

Внутренний блок (IDU) представляет собой маленький настольный прибор (спутниковый модем). Каналообразующее оборудование VSAT

терминала (спутниковый модем или маршрутизатор), как правило,

соединяются с оборудованием пользователя (например, компьютером) через интерфейс LAN (Local Area Network - локальная сеть), и позволяет передавать через спутник различные виды информации, включая данные,

голос и видео. Маршрутизатор формирует модулированную несущую,

36

которая передается по коаксиальному кабелю к усилителю мощности BUC на промежуточных частотах (обычно, L-band, для Ku-диапазона IF-частоты приведены в таблице П1.1). Передатчик РЧ оборудования BUC переносит сигналы в необходимый частотный диапазон C-, Kuили Ka (для Ku-

диапазона RF-частоты приведены в таблице П1.1) и после усиления передает их на спутник в виде узконаправленного луча.

Lсдв

Lсдв

Рисунок П1.6

На спутнике сигнал ретранслируется (переносится из диапазона RF Up

на частоту RF Down, RF Down = RF Up – Lсдв, в Ku-диапазоне значение частоты сдвига Lсдв = 2800 МГц (см. рисунок П1.6). Сигнал со спутника после ретрансляции может приниматься неограниченным числом VSAT

станций, находящихся в зоне обслуживания спутника. Спутниковая антенна и приемное устройство LNB принимают, усиливают и переносят принимаемый диапазон частот (RF Down) на промежуточные частоты IF для передачи по коаксиальному кабелю в спутниковый маршрутизатор.

Маршрутизатор ИСТАР UHP - это современные, высокоскоростные модемы спутниковой связи, с помощью которых могут быть построены симплексные и дуплексные каналы. (UHP – Universal Hardware Platform -

универсальная, компактная, высокопроизводительная, программно-

управляемая VSAT платформа).

37

Маршрутизатор ИСТАР UHP может передавать поступающую информацию с использованием непрерывных несущих SCPC (Single Channel

Per Carrier) или в виде пакетов через канал с множественным доступом TDMA (Time Division Multiple Access). Наряду с SCPC режимом модемы UHP могут работать в режимах SCPC-DAMA, MCPC (Multiple Channel Per Carrier), TDM/TDMA, Hubless TDMA.

Модулятор UHP-1000 совместим с большинством спутниковых передатчиков/конвертеров (BUC). Несовместимыми являются только передатчики, которым требуется включать передачу командой FSK, но такие передатчики крайне редки и массово не применяются.

Основные режимы работы спутниковых модемов

1. Точка — точка

В режиме «точка — точка» (англ. SCPC; Single channel per carrier)

организуется один канал на несущую (см. рисунок П.1.7). Модем монопольно использует выделенную полосу частот для передачи информации. Даже если передача информации в данный момент не происходит, никакое другое устройство не может использовать эту полосу частот. Для двустороннего обмена (приема и передачи) нужно выделение двух полос частот (необязательно одинаковой ширины — то есть скорости приема и передачи могут отличаться). Модем SCPC обменивается данными с другим таким же модемом. Если требуется организовать несколько направлений связи, то на каждом из них требуется установка пары SCPC-

модемов. Скорости приема и передачи SCPC-модемов могут изменяться в широких пределах (от сотен килобит в секунду до десятков и сотен мегабит в секунду), в зависимости от используемой спутниковой полосы, энергетики спутникового канала и способов модуляции.

38

центра» к удаленным станциям не передаются постоянно на максимальной скорости, то пропускная способность канала MCPC может быть меньше, чем сумма требуемых для всех станций, то есть экономится частотный ресурс за счёт его «переиспользования». Пропускная способность прямого канала (из центра к станциям) не является постоянной для каждой станции, возможно перераспределения полосы и возникновение вариаций задержки при передаче данных нескольким станциям одновременно. Модем,

поддерживающий режим передачи MCPC, должен иметь эффективные средства управления полосой и предоставления качества сервиса отдельным станциям. Режим передачи MCPC поддерживают многие SCPC-модемы.

Рисунок П1.8 – МСРС-SCPC режим

Режим MCPC-SCPC может использоваться, например, для репортажных станций, которые требуют гарантированной пропускной способности и

40