Курсовая работа: Расчет линии связи для системы телевидения
Основным методом модуляции, принятым для передачи по спутниковым каналам, является метод QPSK (квадратурная фазовая манипуляция), а для передачи по кабельным сетям 64-QAM (квадратурная амплитудная модуляция).
1.3 Краткое описание технических средств, используемых в данной системе связи
Важнейшие показатели земных станций (ЗС).
Большинство ЗС ФСС работает в диапазонах 4 или 11 ГГц на прием и 6 или 14 ГГц на передачу.
Добротность станции на прием G/T — отношение усиления антенны (в децибелах на частоте приема) к суммарной шумовой температуре станции (в децибелах относительно 1 К); достигает 42 дБ/К для самых больших применяемых на практике антенн (диаметром 32 м) и составляет 20…31,7 дБ/К для ЗС большинства национальных и региональных систем.
Эквивалентная изотропно излучаемая мощность (ЭИИМ) — произведение мощности передатчика на усиление 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), хотя точный расчет перекрестных помех требует знания структуры применяемых в системе сигналов (вида и параметров модуляции и т.п.).
Микроволны и место приема сигналов.
Передача сигналов от спутника на Землю осуществляется посредством микроволнового электромагнитного излучения, которое по частоте намного выше, чем сигналы обычного телевещания в диапазонах MB/ДМВ (VHF/UHF). Несмотря на волнообразную природу микроволны подвергаются сильному ослаблению из-за водяных испарений и других препятствий на линии прямой видимости антенны. Мощность передаваемого микроволнового сигнала ко времени достижения им Земли становится чрезвычайно слабой. Если не использовать специальное оборудование и не принимать соответствующие меры предосторожности при его установке, сигнал может быть подавлен окружающими его шумами. На месте приема телевизионной приемной системы (TVRO) устанавливается антенна, которая собирает и концентрирует сигнал в фокусе, где находится прецизионно установленный облучатель. Он направляет микроволны на электронный компонент, называемый малошумящим блоком (LNВ). Этот блок усиливает и преобразует сигнал вниз на частоту, которая более удобна для передачи далее по кабелю на приемник (ресивер), расположенный внутри жилого помещения.
Между облучателем и LNB может быть расположен поляризатор, назначение которого будет объяснено чуть позже. Комплект, состоящий из облучателя, поляризатора и LNВ, часто называют головкой облучателя. Типичная конфигурация линии связи вниз от спутника средней мощности до внутреннего помещения изображена на рис. 1.3.1.
Рис. 1.3.1. Типичная конфигурация линии связи вниз.
Антенна, или тарелка, собирает чрезвычайно слабый микроволновый сигнал и осуществляет его фокусировку. Поверхность антенны должна иметь высокую отражающую способность по отношению к микроволнам. Антенна имеет форму параболоида, который обладает уникальным свойством переносить все излучение, падающее параллельно его оси, в фокус (см. рис. 1.3.1). Существует два основных типа антенн - параболическая (прямофокусная) и офсетная (антенна со смещенным фокусом). В прямофокусной антенне датчик головки облучателя устанавливается в центре оси параболоида. При конфигурации со смещенным фокусом (см. рис. 1.3.1) головка облучателя устанавливается в фокальной точке параболоида значительно большего размера, а рассматриваемая тарелка представляет собой часть этого параболоида. Антенны обычно изготавливаются из стали, алюминия или оптоволоконного стекла с впрессованной отражающей фольгой.
Диаметр антенны оказывает решающее влияние на размеры и стоимость ЗС; он определяет добротность и ЭИИМ станции, а также ее пространственную избирательность; если в системе используется разделение сигналов по поляризации, необходимо знать кросс - поляризационные характеристики антенны и указывать, с какой поляризацией станция работает на передачу и на прием. На ЗС телефонного обмена применяют антенны диаметром от 1,5.. .2,5 м до 12 м, иногда до 32 м, на ЗС приема циркулярной информации - от 0,45 до 2,5. ..4м.
Антенна характеризуется также показателями 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; системы наведения антенн характеризуются также возможной скоростью и ускорением углового перемещения. В последние годы все чаще применяют неполноповоротные, медленно движущиеся и неподвижные антенны, пригодные для работы только с геостационарными ИСЗ.
Основные показатели космических станций (КС).
В основном космическая станция характеризуется теми же показателями, что и ЗС: рабочим диапазоном частот, добротностью, ЭИИМ каждого передатчика, поляризацией излучаемых и принимаемых сигналов. Однако значения ряда параметров существенно отличны от указанных для ЗС. Например, добротность приемного тракта КС обычно составляет -10 ... + 6 дБ/К (что вызвано не только меньшими размерами антенны, но и применением более простого и обладающего большей шумовой температурой входного малошумящего усилителя), ЭИИМ, как правило, не превышает 23.. .45 дБВт, достигая 52... 58 дБВт на спутниках непосредственного телевизионного вещания.
Важной характеристикой бортового ретранслятора космической станции является число стволов.
Стволом ретранслятора или ЗС, или стволом спутниковой связи, будем называть приемопередающий тракт, в котором радиосигналы проходят через общие усилительные элементы (общий передатчик) в некоторой выделенной стволу общей полосе частот. Весь диапазон частот, в котором работает спутник связи, принято делить на некоторые полосы (шириной 27. ..36, 72... 120 МГц), в которых усиление сигналов осуществляется отдельным трактом - стволом. Несколько стволов могут иметь общие элементы - антенну, волноводный тракт, малошумящий входной усилитель. С другой стороны, на ЗС 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» часто применяется английский термин «транспондер».
Число стволов, одновременно действующих на ИСЗ, может составлять 6-12, достигая 27- 48 на наиболее мощных ИСЗ. Сигналы этих стволов разделяются по частоте, пространству, поляризации, числом стволов, их полосой пропускания и ЭИИМ определяется в основном важнейший суммарный показатель ИСЗ - его пропускная способность, т.е. число телефонных и телевизионных каналов, либо в более общем виде число двоичных единиц в секунду, которое можно передать через данный ИСЗ. Разумеется, о пропускной способности ИСЗ можно говорить лишь условно, поскольку она зависит от добротности применяемых в системе земных станций, а также от вида применяемых радиосигналов; пропускная способность, по существу, - характеристика системы, а не ИСЗ. Тем не менее в литературе часто используется понятие пропускной способности (емкости) ИСЗ.
Отметим, что пропускная способность ствола ИСЗ зависит в некоторой степени не только от основных показателей - полосы пропускания и ЭИИМ, но и от других параметров, определяющих искажения передаваемых сигналов: неравномерности амплитудной характеристики, коэффициента АМ-ФМ преобразования, неравномерности ГВЗ в полосе ВЧ ствола и др. Эти параметры влияют на взаимные помехи между сигналами различных ЗС, на достоверность приема сигналов и тем самым на энергетические потери, обусловленные прохождением сигналов через неидеальный тракт бортового ретранслятора ИСЗ.
В зависимости от ширины диаграммы направленности бортовых антенн ИСЗ (или его отдельный ствол, если на борту несколько антенн и они различны) характеризуется зоной покрытия - частью поверхности земного шара, в пределах которой обеспечивается уровень сигналов от ИСЗ, необходимый для их приема с заданным качеством на ЗС определенной добротности, а также гарантируется способность принять на входе ИСЗ сигналы от ЗС, обладающих определенной ЭИИМ. Очевидно, что зона покрытия ИСЗ характеризует систему спутниковой связи, а не только собственно ИСЗ.
Зона покрытия определяется шириной диаграммы направленности антенны ИСЗ и рассчитывается как пересечение поверхности Земли конусом луча антенны. Форма этого сечения зависит от точки размещения ИСЗ, «точки прицеливания» — точки пересечения оси главного лепестка антенны ИСЗ с земной поверхностью, а также от нестабильности положения ИСЗ и ориентации его антенн. В связи с нестабильностью 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 размещения ИСЗ на орбите, точка прицеливания его антенны, нестабильности этих параметров существенны не только для расчета зон обслуживания, но и для расчета взаимных помех между ССС. Для упрощенного расчета взаимных помех часто также указывается максимальная спектральная плотность излучаемого ИСЗ потока мощности (Вт/м2 Гц).
Наконец, важнейшим показателем ИСЗ, определяющим не только надежность и бесперебойность связи, но прежде всего экономические характеристики всей системы связи, является срок службы ИСЗ — время наработки до отказа спутника целиком либо допустимого числа стволов космической станции, определяемое с высокой вероятностью — обычно 0,9 и более. В современных ИСЗ достигнут срок службы 10... 12 лет и более благодаря высокой надежности элементов, гибкой и разветвленной схеме резервирования.
Основные показатели систем спутниковой связи.
Зона обслуживания системы — это совокупность (объединение) зон обслуживания отдельных ИСЗ, входящих в систему (рис. 1.3.2.). Слово «объединение» (а не «сумма») употреблено потому, что зоны отдельных ИСЗ обычно перекрываются между собой (что неизбежно при достижении сплошного покрытия и полезно для организации связи между земными станциями, расположенными в различных зонах), и поэтому общая зона оказывается по площади меньше суммы площадей отдельных зон.
Рис.1.3.2. К определению зоны обслуживания системы спутниковой связи с несколькими ИСЗ.