Основные параметры систем спутниковой связи

Параметры земных станций

Важнейшими параметрами земных станций спутниковой связи являются:

Диапазоны частот на прием и передачу, на которые рассчитано оборудование станции — антенна, приемная и передающая аппаратура. Большинство ЗС ФСС работает в диапазонах 1,5; 4, 11 и 20 ГГц на прием и 1,6; б, 14 и 30 ГГц на передачу.

Добротность станции на прием G/T, или шумовая добротность (ШД) приёмной системы — отношение коэффициента усиления антенны с учётом затухания в фидере (в децибелах на частоте приема) к суммарной шумовой температуре станции (в децибелах относительно 1 К). Эта шумовая добротность достигает 42 дБ/К длясамых больших применяемых на практике в ЗС спутниковых систем
связи антенн (диаметром 32 м) и составляет 20... 31,7 дБ/К для ЗС
большинства национальных и региональных систем.

Эквивалентная изотропная излучаемая мощность (ЭИИМ) — произведение мощности передатчика на коэффициент усиления антенны (в полосе передачи) относительно изотропной антенны; обычно находится в пределах 50... 95 дБВт. Для упрощенного расчета помех, создаваемых другим сетям связи, часто указывают максимальную спектральную плотность излучаемой ЗС ЭИИМ (Вт/Гц), несмотря на то, что точный расчет перекрестных помех требует знания тонкой структуры применяемых в системе видов сигналов.

Диаметр антенны оказывает решающее влияние на размеры и стоимость ЗС; именно он и определяет добротность и ЭИИМ станции, а также ее пространственную избирательность; если в системе используется разделение сигналов по поляризации, необходимо также знать кроссполяризационные характеристики антенны и указывать, с какой поляризацией работает станция. ЗС телефонного обмена обычно применяют антенны диаметром от 1,5... 2,5 до 12 м, иногда до 32 м, на ЗС приема циркулярной информации — от 0,45 до 2,5. ..4м.

Антенна характеризуется также параметрами опорно-поворотного устройства и всей системы наведения антенны на ИСЗ. Различают антенны полноповоротные, способные направляться в любую точку небосвода и неполноповоротные, имеющие ограниченную область оперативного наведения на источник сигнала.

2.Основные показатели космических станций

В основном космические станции характеризуется теми же показателями, что и ЗС: рабочим диапазоном частот, добротностью, ЭИИМ каждого передатчика, поляризацией излучаемых и принимаемых сигналов. Значения ряда параметров существенно отличаются от одноименных параметров ЗС. Так шумовая добротность приемного тракта обычно составляет —10... +6 дВ/К, что вызвано не только меньшими размерами бортовой антенны, но и применением упрощённого входного малошумящего усилителя. Оборудование ИСЗ имеет ЭИИМ, как правило, в пределах 23... 45 дБВт, с повышением до 52... 58 дБ Вт на спутниках непосредственного телевизионного вещания.

Важнейшей характеристикой ретранслятора космической станции является число стволов (ретрансляторов), размещаемых на борту.

Стволом ретранслятора или ЗС или стволом спутниковой связи называется приемопередающий тракт, в котором радиосигналы проходят через общие усилительные элементы в выделенной этому стволу общей полосе частот. Весь диапазон частот, в котором работает спутник связи, принято делить на полосы шириной 27... 36, 72... 120 МГц, в которых усиление сигналов осуществляется отдельным трактом — стволом. Несколько стволов могут иметь общие элементы, такие как антенну, волноводный тракт, малошумящий входной усилитель. Полоса одного ствола может разделяться фильтрами для выделения и последующего детектирования сигналов
от различных земных станций, проходящих через общий ствол ИСЗ (при частотном многостанционном доступе).

Вместо термина «ствол» иногда применяется заимствованный из английского языка термин «транспондер».

Число транспондеров, одновременно действующих на ИСЗ, может составлять 6-12, достигая 27-48 на наиболее мощных ИСЗ. Сигналы От отдельных транспондеров разделяются по частоте, пространству, поляризации. Числом транспондеров, их полосой пропускания и ЭИИМ определяется, в основном, важнейший суммарный показатель ИСЗ — пропускная способность — число телефонных и телевизионных каналов, либо в более общем виде: число двоичных единиц в секунду, которое можно передать через данный ИСЗ. О пропускной способности ИСЗ можно говорить лишь условно, поскольку она зависит от добротности применяемых в системе земных станций, и вида применяемых радиосигналов. Пропускная способность, по существу, — характеристика всей системы связи, а не самого ИСЗ. Тем не менее, в литературе часто используется понятие пропускной способности (емкости) ИСЗ.

В зависимости от ширины диаграмм направленности бортовых антенн, ИСЗ характеризуется зоной покрытия — частью площади земной поверхности, в пределах которой обеспечивается необходимый уровень сигналов от ИСЗ, для приема с заданным качеством при определенной добротности ЗС. Очевидно, что зона покрытия ИСЗ характеризует всю систему спутниковой связи, а не только собственно ИСЗ.

Зона покрытия определяется шириной диаграммы направленности антенны ИСЗ и рассчитывается как пересечение поверхности Земли конусом диаграммы направленности по заданному уровню, обычно по уровню половинной мощности или - 3 дБ. Форма этого сечения зависит от координат подспутниковой точки в виде проекции точки размещения ИСЗ на земную поверхность через её центр, точки прицеливания — места пересечения направления максимума диаграммы направленности бортовой антенны с земной поверхностью, а также от нестабильности положения ИСЗ на орбите и неточности ориентации его антенн. В связи с возможной нестабильностью положения спутника на орбите вводится понятие гарантированной зоны обслуживания, в которой обеспечивается сохранение указанных ранее условий приема и передачи при любых сочетаниях отклонений ИСЗ и антенны ИСЗ от среднего положения.

Точка стояния ИСЗ на орбите, точка прицеливания его антенны нестабильности этих параметров существенны для расчета зон обслуживания и взаимных помех между ССС. Для расчета взаимных помех должна быть известна максимальная спектральная плотность излучаемого ИСЗ потока мощности (Вт/м2-Гц).

Другим важнейшим показателем ИСЗ, определяющим надёжность и экономические характеристики всей системы связи, является срок службы ИСЗ или время наработки на отказ определённого числа транспондеров космической станции с вероятностью 0,9 и более. В современных ИСЗ из-за высокой надежности комплектующих и правильной схеме резервирования срок службы достигает 10... 12 лет и более.

3. Основные показатели систем спутниковой связи

Зона обслуживания — часть земной поверхности, на территории которой необходимо обеспечить нормальную работу земных станций. На этой территории необходимо обеспечить не только выполнение всех условий, определяющих требования к зоне покрытия, но и необходимую защиту от помех со стороны других радиосистем, включая другие спутниковые системы связи.

Зона обслуживания системы — это объединённая зона обслуживания отдельных ИСЗ данной системы связи. «Объединённая» означает, что зоны отдельных ИСЗ могут перекрываться.

Пропускная способность системы — это объединение пропускных способностей всех входящих в систему ИСЗ.

Пропускная способность системы связи при этом, как и зона обслуживания, также может оказаться меньше суммы пропускных способностей отдельных ИСЗ. Это объясняется тем, что для связи между земными станциями, работающими через разные ИСЗ, часть каналов может транслироваться двумя разными КА последовательно — с помощью двух скачков на линии (Земля - ИСЗ - Земля - ИСЗ - Земля) или с помощью также межспутниковых линий связи (Земля — ИСЗ — ИСЗ — Земля).

Пропускная способность системы зависит при увеличении числа спутников на орбите ещё и от воздействия помех других ССС. Система спутниковой связи характеризуется и другими параметрами, такими, как количество и место дислокации ЗС, число ИСЗ, тип орбиты и точка размещения на ней. Определённой характеристикой системы являются также число транспондеров на борту ИСЗ, их полоса пропускания, ширина и номиналы полос частот транспондеров на участках Земля — ИСЗ и ИСЗ — Земля.

Важнейшей характеристикой спутниковой системы связи является метод многостанционного доступа — метод совмещения сигналов различных ЗС для их прохождения через общий транспондер бортового ретранслятора. Многостанционный доступ (МД) используется, чтобы не иметь на борту ИСЗ большое количество транспондеров, равное числу ЗС в системе. Для их сокращения по количеству применяется МД с разделением сигналов по частоте, форме и времени. Всякий такой способ МД приводит к потере пропускной способности стволов на 3... 6 дБ, однако в наиболее совершенных системах с временным разделением — МДВР эти потери не превышают 0,5... 2 дБ.

На энергетические характеристики системы связи, такие, как ширина полосы частот, электромагнитная совместимость с другими системами связи влияет метод модуляции. Наиболее распространёнными являются частотная модуляция (ЧМ) при передаче сообщений в аналоговой форме и фазовая модуляция (ФМ) при передаче сообщений в дискретной форме. Важнейшее значение при ЧМ имеет параметр девиации частоты, при ФМ — число фаз несущей (кратность модуляции), а при передаче программ телевидения — способ передачи звукового сопровождения (временное или частотное совмещение с видеосигналом, частота поднесущей частоты звукового канала и т.п.).

Важнейшей характеристикой системы связи является качество организуемых в ней каналов — телевизионных, телефонных и др. Обычно ССС используется для организации передачи международных либо междугородных каналов связи большой протяженности. Качество каналов должно соответствовать требованиям рекомендаций Международного союза электросвязи (МСЭ) и государственных нормативных документов. В некоторых системах спутниковой связи, исходя из их специфического назначения, могут допускаться как более высокие, так и более низкие показатели качества.

В ряде ССС с многостанционным доступом и передачей каждого канала на отдельной несущей частоте могут применяться шумоподавители или компандеры. Их действие основано на особенностях восприятия шумов, понижает уровень шумов на 10... 20 дБ с выигрышем в энергетике линии связи и её пропускной способности за счёт снижения универсальности каналов, когда такой выигрыш не реализуется при передаче в канале телеграфных сообщений, передач данных и др.