Тема 5. Спутниковые системы связи и вещания

[Л1.стр.232-273; Л4.стр.7-35]

Система спутниковой связи (ССС) включает космическую станцию – ретранслятор радиосигналов, размещенный на ИСЗ, и совокупность земных станций (ЗС),

расположенных на земной поверхности в зоне обслуживания бортовой антенны ретранслятора.

ЗС соединяются с узлами коммутации сети связи (например, с АМТС), с источниками и потребителями программ ТВ и ЗВ и другой передаваемой информации с помощью наземных соединительных линий. Земные станции подразделяются на: приемопередающие, работающие в сети дуплексной связи, и сети обмена ТВ,ЗВ программами; приемные, осуществляющие прием ТВ,ЗВ программ или других циркулярных сообщений; передающие, осуществляющие на участке Земля – ИСЗ передачу циркулярных программ ( ТВ, ЗВ и др.), подлежащих распределению по сети приемных ЗС. ССС используются для организации магистральных ТВ каналов, а также каналов подачи и распределения ТВ программ в региональные и местные ТВ сети.

Большинство ЗС работает в диапазоне 4 или 11 ГГц на прием и 6 или 14 ГГц на передачу. В системе НТВ используется диапазон 18 ГГц на передачу и 12 ГГц на прием. При изучение принципов построения ССС необходимо уяснить типы орбит ИСЗ, их основных параметры и представлять влияние параметров орбит на основные энергетические характеристики спутниковых систем. Особое внимание следует обратить на геостационарную орбиту (ГО), ее достоинства и недостатки.

ССС обладает рядом специфических особенностей, связанных в основном с большой удаленностью ретранслятора от земных станций и перемещение ретранслятора в пространстве. К ним относятся: сравнительно низкий энергетический потенциал радиолиний (особенно линии ИСЗ – Земля), что объясняется большим затуханием радиоволн (примерно 200 дБ для ГО) и ограниченным энергетическим потенциалом передатчика ретранслятора; необходимость изменения ориентации антенн при перемещение спутника; наличии эхо – сигналов со значительно величиной задержки в

каналах (до 500млс.); наличие эффекта Доплера (за исключением геостационарных спутников) .

В отличие от РРЛ, на трассах ССС практически отсутствуют замирание сигнала, а основная доля шумов на выходе канала определяется тепловыми шумами (до 70 %). Во входных каскадах приемников 3С обязательно используются малошумящие усилители (МШУ) с эффективной шумовой температурой 40…80К. Для оценки энергетического потенциала передатчика 3С используется понятие эквивалентной изотропно – излучаемой мощности (ЭИИМ), определяемое как произведение мощности передатчика на коэффициент усилия антенны (обычно, 50…90 дБВт). Энергетический потенциал приемной установки ЗС оценивается её добротностью, определяемой как отношение усиления приемной антенны к суммарной шумовой температуре станции. Добротность и ЭИИМ являются наиболее общими энергетическим параметрами ССС. Величина отношения сигнал – шум на входе приемной установки ЗС возрастает прямо пропорционально с увеличением любого их этих параметров.

При изучении аппаратуры ССС большое внимание нужно уделить особенностям построения структурных схем приемника ЗС и бортового ретранслятора, чтобы ясно представлять назначение каждого из элементов этих устройств.

При организации спутниковых сетей связи ВЧ ствол бортового ретранслятора работает в режиме многостанционного (множественного) доступа (МД), при котором все ЗС, находящиеся в зоне обслуживания, могут одновременно или поочередно передавать

через этот стол свои сигналы. Различают два основных метода МД: многостанционный доступ с частотным разделением (МДЧР) и многостанционный доступ с временным разделением (МДВР). Необходимо уяснить основные принципы и особенности работы в режимах МДЧР и МДВР.

В настоящее время в ССС используются цифровые методы передачи и обработки сигналов. Кроме основного цифрового канала (ОЦК) со скоростью передачи 64 кбит/сек, в ССС могут быть организованы цифровые тракты со скоростями 2, 8, 34, 140 и более Мбит/сек. Современные методы сжатия ТВ сигнала позволяют организовать его передачу с вещательным качеством в цифровом потоке со скоростью 2-3 Мбит/сек. При такой скорости в спутниковом канале с шириной полосы пропускания 36 МГц возможна передача 10-15 ТВ программ.

Контрольные вопросы

1. Назовите виды орбит ИСЗ и их основные параметры. В чем состоит преимущество геостационарной орбиты перед эллиптической?

2. Как проявляется эффект Доплера в ССС?

3. Поясните принцип организации связи в системах с МДЧР и МДВР.

4. Нарисуйте структурные схемы приемной установки ЗС и бортового ретранслятора, поясните назначение элементов схемы.

5. Чем отличаются зоны видимости, покрытия и обслуживания?

6. Как работает спутниковая система НТВ?

Тематика лабораторно-практических занятий

1. Изучение аппаратуры цифровой PPJI и исследование ее характеристик.

2. Изучение модема аналоговой РРЛ и исследование его характеристик.

3. Изучение аппаратуры земной станции спутниковой системы ТВ вещания и исследования ее характеристик.

7. КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

Контрольное задание содержит четыре задачи, каждая из которых составлена в десяти вариантах. Номер варианта определяется последней цифрой номера студенческого билета. Перед выполнением каждой задачи необходимо ознакомиться с относящимися к ней методическими указаниями.

Задача 1

1. Нарисуйте структурную схему аппаратуры формирования многоканальной системы передачи с частотным разделением каналов на передающем и приемном концах линии связи.

2. Изобразить спектры на входе и выходе системы передачи с частотным разделением каналов.

Задача 2

1. Выберите частоту дискретизации fд первичного сигнала, спектр ко­торого ограничен частотами Fh и Fb. Для выбранной частоты дискретизации рассчитайте и постройте спектр сигнала на выходе дискретизатора.

2. Выполните операции равномерного квантования с шагом Шкв и кодирования в восьмиразрядном симметричном двоичном коде двух отсчетов аналогового сигнала с амплитудами U1 и U2. Определите величины ошибок квантования. Изобразите полученные в результате кодирования кодовые слова в виде последовательности токовых и бестоковых посылок, считая, что двоич­ной единице соответствует токовая посылка, а нулю - бестоковая.

3. Определите минимальное количество разрядов m в кодовом слове при котором обеспечивается заданная защищенность Акв гармонического сигнала указанной в таблице 1 максимальной амплитуды от шумов равномерного квантования. На сколько децибел изменится величина защищенности сигнала при уменьшении его амплитуды в два раза?

4. Нарисуйте структурную схему цифровой системы передачи на основе ИКМ-ВРК. Приведите рисунок, поясняющей образование группового ИКМ сигнала в ЦСП. Используя результаты расчетов, полученные в пп.1,2,3, определите тактовую частоту группового ИКМ сигнала и ширину его частотного спектра при числе каналов N, указанных в таблице 1.

Таблица 1

Номера вариантов	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Нижняя граничная часто­та спектра первичного сигнала, Fh , кГц	0	0,1	0,6	0,5	0,3	0,4	0	0,1	0,2	0,3
Верхняя граничная часто­та спектра первичного сигнала, Fb , кГц	2,7	2,0	2,5	3,0	3,4	2,7	6,0	6,4	7	5
Амплитуда отсчета анало­гового сигнала, U1 В	2,1	3,3	4,6	3,2	1,9	1.5	2,5	2,9	3,4	4,1
Амплитуда отсчета анало­гового сигнала, U2 В	-1,3	-2.4	-3,8	- 4,5	-3,7	-3,0	-2,0	-1.7	-1,1	-3,5
Шаг квантования, Ш мВ	45	50	55	65	70	75	80	85	70	90
Защищенность от шума квантования Акв, дБ	25	27	29	31	33	34	32	30	28	26
Количество каналов N	25	30	35	40	45	40	35	30	25	40

Задача 3

Нарисуйте упрощенную структурную схему устройств, указанных ниже, в соответствии с номером Вашего варианта. Дайте краткое пояснение назначению каждого из элементов составленной Вами структурной схемы.

1. Функциональная схема радиопередатчика.

2. Функциональная схема супергетеродинного приемника.

3. Структурная схема тракта промежуточной частоты РРЛ.

4. Структурная схема приемопередающей аппаратуры с общим гетеродином.

5. Структурная схема приемопередающей аппаратуры с отдельным гетеродином.

6. Структурная схема многоствольной приемопередающей земной станции (ЗС) спутниковой связи.

7. Структурная схема многоствольного бортового ретранслятора (БРТР).

8. Структурная схема БРТР гетеродинного типа.

9. Структурная схема БРТР с однократным преобразованием частоты.

0. Структурная схема абонентской ЗС подвижной спутниковой связи.