Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Методические указания по выполнению заданияДля определения величины потерь на трассе геостационарный ИСЗ – Земля необходимо определить значения угла места или возвышения β (в вертикальной плоскости) и азимутального угла φ (в горизонтальной плоскости). Эти углы показаны на рис.4. Угол места β отсчитывается от касательной к поверхности Земли до линии (наклонной дальности), соединяющей ЗС на Земле со спутником. Азимутальный угол φ отсчитывается от направления на Северный полюс по меридиану, до направления на подспутниковую точку по часовой стрелке. Рис.4. К определению значений углов β и φ
Формулы для определения приближенных значений угла места β и азимута φ имеют вид: , (1) , (2) , (3) где ρ – топоцентрическое расстояние (центральный угол) - угол между направлениями из центра Земли на точку наблюдения и на спутник (угловое расстояние между точкой наблюдения и спутником, если смотреть из центра Земли). Расчет ослабления (затухания) сигнала в свободном пространстве. Основные потери передачи L o определяются по формуле , дБ, (4) или , дБ, (4.а) где d (рис.5) – наклонная дальность, м ; (5) λ – длина волны, м (λ = λвверх на линии «вверх» и λ = λвниз на линии «вниз»); R з – радиус Земли (R з = 6,37×106 м); R орб – радиус геостационарной орбиты ИСЗ (R орб = 42,164×106 м).
Рис.5. К определению наклонной дальности
Расчёт потерь начинают с определения ослабления сигналов на участках трассы, как в условиях «ясного неба» (при отсутствии дождя), так и при дожде заданной интенсивности. Расчёт проводят для направлений «вверх» (на ИСЗ) и «вниз» (на ЗС), учитывая значения наклонной дальности d для этих случаев. Общее ослабление энергии радиоволн , дБ. (6) Дополнительное ослабление энергии радиоволн L доп при распространении в реальных условиях равно , дБ, (7) где L атм- ослабление в спокойной атмосфере, дБ; L д - ослабление в осадках, дБ (в условиях «ясного неба» полагают L д = 0); L н - ослабление из-за неточности наведения антенн, дБ; L п - поляризационные потери, дБ. Величина L доп зависит от значений рабочей частоты и угла места, характеристик антенн, вида поляризации волны и систем их наведения. Кроме того, ослабление в осадках зависит от климатического района, в котором находится ЗС, и изменяется во времени. Ослабление в спокойной атмосфере L атм возникает из-за поглощения сигнала в кислороде и водяных парах и может быть рассчитано по методике рекомендаций МСЭ-Р (см. табл.3). Таблица 3 Ослабление радиоволн в спокойной атмосфере L атм дБ
Потери из-за несогласованности поляризаций антенн. В спутниковых системах связи применяют как круговую (на частотах до 10 ГГц обязательно), так и линейную (выше 10 ГГц) поляризацию волн. Потери возникают при несовпадении видов поляризации приёмной антенны и волны в точке приёма. На практике удаётся свести эти потери до величины 0,2-0,5 дБ. Ослабление из-за неточности наведения антенн. Эти потери определяются угловым отклонением оси главного лепестка диаграммы направленности от истинного направления на ИСЗ, а также шириной и формой главного лепестка ДН антенны. Для снижения этих потерь антенны большого диаметра снабжаются системами автоматического наведения на ИСЗ. В существующих системах спутниковой связи ослабление из-за неточности наведения антенн составляет порядка 0,15-0,3 дБ. Для дальнейших расчетов значение L н выбирают в этих пределах. Расчёт ослабления в дожде. Величина ослабления L д связана с поглощением и рассеянием энергии радиоволн каплями дождя и может быть рассчитана в соответствии с рекомендацией P-618 МСЭ-Р. Для расчёта величины ослабления необходимы следующие данные: - координаты ЗС - Шзс - широта ЗС (со знаком плюс для Северного полушария и со знаком минус - для Южного), Дзс – долгота ЗС, H зс - высота над уровнем моря (в км); - рабочая частота - f, - угол места - β, процент времени месяца (или года), для которого определяются потери - Т мес (или Т год). Методика включает следующие шаги. 1.Определяется эффективная высота дождевой зоны H д, км. Для Северного полушария для Шзс> 23° и H д = 5 для . (8) 2. Определяется путь сигнала в дожде l s , км (9) (формула справедлива для углов β ≥ 5°). 3. Рассчитывается горизонтальная проекция l g , км. (10) 4. По картам рекомендации P-837-6 МСЭ-Р (см. рис.6 - 13) определяется значение R 0,01- интенсивности дождя в мм/ч, превышаемое в данной зоне в течение 0,01 % времени года. 5.Рассчитывается коэффициент уменьшения , учитывающий пространственную неравномерность дождя (11) где l 0 - опорное расстояние, зависящее от R 0,01, , км. (12) При > 100 мм/ч следует принять l 0 = 7,81 км. 6.В соответствии с рекомендацией Р-838 МСЭ-Р рассчитывается удельное затухание сигнала в дожде , дБ/км. Оно зависит от рабочей частоты f, вида поляризации волны и интенсивности дождя , (13) где коэффициенты k и α рассчитываются по формулам: , (14) . (15)
Рис.6. К определению значения R 0,01
Рис.7. К определению значения R 0,01
Рис.8. К определению значения R 0,01
Рис.9. К определению значения R 0,01 Рис.10. К определению значения R 0,01
Рис.11. К определению значения R 0,01 Рис.12. К определению значения R 0,01
Рис.13. К определению значения R 0,01
Здесь β - угол места, τ - угол наклона плоскости поляризации к горизонту (при круговой поляризации τ = 45°). Коэффициенты k н, k v, αн, αv определяются из табл.4. 7. Потери в дожде L д0,01г, превышаемые в течение не более чем 0,01% года, определяются по формуле , дБ. (16) Таблица 4 Коэффициенты регрессии для оценки удельного затухания в дожде
Значения k и α для частот, отличных от приведенных в табл.4, могут быть получены интерполяцией с использованием логарифмической шкалы для частот k и линейной шкалы для α. В случае, если заданы другие проценты времени, то величина потерь L дТг в дожде, которая превышается для другого процента времени года Т г L дТг в диапазоне 0,001...1%, может быть пересчитана по формуле , дБ. (17) При требовании обеспечения необходимого уровня сигнала в определённом проценте времени месяца Т м в рекомендации P-841 МСЭ-Р содержится формула для пересчёта Т м в Т г, которой можно пользоваться при 1,9×10-4 % < Т м < 7,8% , %. (18) Поскольку для цифровой спутниковой линии связи требуется Т м = 0,03%, то из (18) и (17) следует L дТг = 1,255∙ L д0,01г = L д, дБ. (19) Значения L д и L Σ рассчитываются, как в направлении «вверх» - L д.вверх и L Σвверх, так и в направлении «вниз» - L д.вниз и L Σвниз. Расчет шумовой температуры. Суммарная шумовая температура ИСЗ, приведенная к облучателю приемной антенны, определяется выражением , К. (20) Здесь Т а.исз - результирующая шумовая температура антенны ИСЗ, hафт.прм.исз (hафт.прд.исз) - потери в антенно-фидерном тракте ИСЗ на приём (передачу); Т прм.исз – эквивалентная шумовая температура (ЭШТ) приемника ИСЗ, обусловленная собственными тепловыми шумами малошумящего усилителя (МШУ) приемника. Значение Т прм.исз можно выбрать в пределах 220…280К. При расчетах с достаточной точностью можно полагать: Т а.исз = Т 0 = 290 К, hафт.прм.исз = 0,5 дБ, hафт.прд.исз = 1 дБ. Суммарная шумовая температура ЗС при «ясном небе» и дожде, приведенная к облучателю приемной антенны, определяется по формулам: , К, (21) , К, (21.а) где Т прм.зс - ЭШТ приемника ЗС, К. Она может быть выбрана в пределах 35-50 K для диапазона C, 60-80 K для диапазона Ku и 180-250 K для диапазона Ka; hафт.прм (обычно не более 0,5дБ) - ослабление сигнала в антенно-фидерном тракте ЗС на приём; Т 0 = 290 K; Т а.зс - шумовая температура антенны ЗС при «ясном небе» и дожде, определяемая по формулам: , К. (22) , К. (22.а) Здесь Т к - ЭШТ космического излучения. В диапазонах частот 4 ГГц и выше этим видом шумов можно пренебречь (за исключением шумов от Солнца, которые могут «подсвечивать» приёмную антенну ЗС и вызывать прогнозируемые кратковременные перерывы связи); сбл = 0,2-0,4 - коэффициент, учитывающий интегральный уровень боковых лепестков приёмной антенны ЗС; Т атм(β) - ЭШТ атмосферы при «ясном небе» и дожде, которая определяется по формулам: , К, (23) , К, (23.а) где Т а.ср ≈ 260К - яркостная температура спокойной (при отсутствии дождя) атмосферы. Системы спутниковой связи, входящие в состав сетей общего пользования, обычно проектируют исходя из требований рекомендации МСЭ-Р S-614: - в условиях «ясного неба» К ош ≤ 10-7; - в условиях дождя К ош ≥ 10-3 в течение не более, чем Т м = 0,2%, из которых 0,17% относятся к периоду неготовности, а 0,03% - определяют ухудшение качества связи в период готовности. Ширина спектра модулированного радиосигнала D f с (в Гц) численно равна результирующей скорости передачи В рк (в бит/с) с учетом коэффициента скругления спектра aс , Гц; (24) , (25) где М = 2 при модуляции ВPSK, М = 4 при модуляции QPSK и М = 8 при модуляции 8PSK; R к – скорость кода с прямым исправлением ошибок. Пренебрегая скоростью передачи сигналов служебной связи, получаем В вх = В инф. Требуемое для обеспечения заданной достоверности значение h доп (отношение энергии несущей, приходящейся на 1 бит цифрового сигнала к спектральной мощности шума) на входе демодулятора приемной ЗС определяется из табл.5 в зависимости от кодовой скорости R к и требуемого значения коэффициента ошибок К ош (К ош = 10-7 и 10-3) цифрового сигнала на выходе декодера. Данные приведены для декодирования по алгоритму Витерби и учитывают погрешности аппаратурной реализации. Таблица 5 Значения допустимых величин h доп, дБ
При проектировании следует иметь в виду, что на входе приемника ЗС помимо полезного сигнала и теплового шума могут присутствовать также мешающие сигналы от других систем связи и интермодуляционные шумы, возникающие в передатчиках ИСЗ и ЗС, работающих в многосигнальном режиме. Данные помехи могут быть учтены прибавкой к h доп запаса Dдоп = 1-2 дБ, т.е. h треб = h доп + Dдоп. Затем рассчитывают требуемые значения отношения мощности несущей к спектральной мощности (СПМ) шума q fтреб и q треб в дБГц для заданных значений К ош , (26) . (27) Для обеспечения требуемого отношения qfлинии в конце спутниковой линии, состоящей из двух участков - «вверх» и «вниз», на каждом оно должно обеспечиваться с запасом. На участке «вверх» энергетический потенциал обеспечить легче, поэтому коэффициент энергетического запаса аз на этом участке выбирают больше а з = 5-10, а на участке «вниз» коэффициент энергетического запаса b з рассчитывают по формуле (28) и распределяют требуемое отношение q f по участкам для «ясного неба» и дождя: , дБГц; (29) , дБГц. (30) Далее может быть выбран следующий порядок расчета: 1.Коэффициенты усиления передающей G 1.пер.исз и приёмной G 2.прм.исз антенн ИСЗ считаются одинаковыми и выбираются в пределах 22-30 дБ. Примечание к п.1. Если известны значения в градусах ширины главного лепестка антенны ИСЗ по половинной мощности в двух взаимно перпендикулярных плоскостях Dj и Db, то коэффициент усиления антенны определяется по формуле , дБ. (31) 2.Определяются значения эквивалентной изотропно-излучаемой мощности (ЭИИМ) , дБВт, (32) где Pпер.исз – выходная мощность передатчика ИСЗ, Вт; hафт.исз – потери в антенно-фидерном тракте ИСЗ, дБ, а ЭИИМ в расчёте на одну несущую , дБВт, (33) где Δкр = 3 дБ, если ЗС находится ближе к краю зоны обслуживания; Δр.вых – коэффициент недоиспользования выходной мощности в многосигнальном режиме; обычно Δр.вых = 2-5; n нес – количество полос частот (несущих). При этом добротность тракта ИСЗ , дБ/К. (34) 3.Рассчитывается плотность потока мощности (ППМ) - параметр SFD (Saturated Flux Density) на входе ИСЗ, необходимый для обеспечения на линии «вверх» требуемого отношения q fтреб.вверх ,дБВт/м2, (35) ,дБВт/м2, (35.а) где Δ[G/T] = 3 дБ, если ЗС находится ближе к краю зоны обслуживания, a значение f вверх подставляется в ГГц. Примечание к п.3. При заданном значении SFD определяется значение q fтреб.вверх по формуле ,дБГц, (36) где Δ[G/T] = 3 дБ, если ЗС находится ближе к краю зоны обслуживания; значение f вверх подставляется в ГГц. Если рассчитанное значение q fтреб.вверх превышает или равно допустимому – расчет ЭИИМ закончен, если меньше – требуется скорректировать: либо коэффициенты а з и b з, либо кодовую скорость R, либо параметр SFD ретранслятора, либо и то и другое вместе и повторить расчет. 4.Определяются требуемые значения ЭИИМ одной несущей, излучаемой ЗС в условиях «ясного неба» и дождя , дБВт, (37) , дБВт, (37.а) где значение d подставляется в км. Выходная мощность передатчика определяется исходя из условий обеспечения рассчитанных выше значений ЭИИМ (Р Σ1зс и Р Σ1зс.д) и добротности [ G / T ]зс.ян. и [ G / T ]зс.д, требующихся как в условиях «ясного неба», так и дождя. Уровень мощности одной несущей на выходе передатчика ЗС при «ясном небе» и дожде можно определить как: , дБВт, , Вт, (38) , дБВт, , Вт. (38.а) Ослабление сигнала в антенно-фидерном тракте ЗС hафт.пер.зс можно принять равным 0,5-2 дБ. В случае если ЗС излучает n несущих, мощность насыщения передатчика должна быть не менее, чем , дБВт, , Вт, (39) где 7 дБ - запас, необходимый для работы передатчика в линейном режиме. Требуемое значение добротности приемной ЗС рассчитывается из условия обеспечения на линии «вниз» необходимых отношений qfтреб.вниз при «ясном небе» и дожде , дБ/К,(40 ) , дБ/К, (40.а ) где L 0.вниз и L д рассчитывается аналогично L 0.вверх и L д, но для частоты f вниз, местоположения ЗС и для своего значения наклонной дальности d. Рассчитываются значения коэффициента усиления приемной антенны: для «ясного неба» - G 2.зс.ян и дождя - G 2.зс.д , дБ, (41) , дБ (41.а) и в качестве G 2.прм.зс выбирается большее значение, которое надо пересчитать в «разы» при расчете диаметра приемной антенны ЗС. Диаметр антенны D ант ЗС рассчитывается с помощью формулы , (42) где n - коэффициент использования поверхности раскрыва антенны. Значение n = 0,5-0,6 в случае однозеркальной антенны и n = 0,6-0,8 в случае двухзеркальной антенны. С точки зрения электромагнитной совместимости необходимо отметить, что уповерхности Земли диапазоны частот 4 и 11 ГГц используются наземными радиорелейными линиями (РРЛ). Чтобы излучение ИСЗ проектируемой спутниковой радиорелейной линии не создавало для наземных РРЛ недопустимых помех, плотность потока мощности (ППМ) W сигнала передатчика ИСЗ у поверхности Земли в контрольной полосе частот D f к не должна превышать допустимых значений. Эти значения, измеряемые в дБВт/м2, для ИСЗ приведены в табл.6. ППМ рассчитывается по формуле ,дБВт/м2, (43) где λ - длина волны на линии «вниз», м; D f к - эталонная полоса частот, равная 4 кГц, D f ш - эквивалентная (энергетическая) шумовая полоса приемника , (44) gпрм - коэффициент, определяемый избирательными свойствами приемника (gпрм= 1,1...1,2), D f прм – полоса частот приемника (D f прм= D f с). Если ППМ превышает допустимое значение, следует уменьшить мощность передатчика ИСЗ и повторить расчеты. Таблица 6 Допустимые значения плотности потока мощности у поверхности Земли
Рекомендуемый алгоритм расчета также представлен в виде сводной таблицы значений параметров (табл.7), которую необходимо заполнить с указанием размерностей заданных, рассчитываемых и выбранных величин параметров.
Таблица 7 Сводная таблица значений параметров
После окончания расчетов следует построить диаграмму уровней спутниковой линии связи. Пример диаграммы уровней, с указанием ее составляющих, приведен на рис.14. При построении диаграммы уровней рекомендуется на оси ординат использовать равномерную шкалу уровней мощности в дБВт.
Рис.14. Пример построения диаграммы уровней спутниковой линии связи
ЛИТЕРАТУРА 1.Бартенев В.А., Болотов Г.А. и др. Спутниковая связь и вещание. Справочник /под ред. Л.Я. Кантора – М.:Радио и связь, 1997. 2.Сухорукова И.Ю., Тарасов С.С. Проектирование цифровых систем спутниковой связи.- М.:МТУСИ, 2012. 3.ГОСТ Р 53363-2009. Цифровые радиорелейные линии. Показатели качества. Методы расчета. 4.Рекомендация МСЭ-R P.838-2 Модель погонного ослабления в дожде, используемая в методах прогнозирования. 5.ITU-R Rec. S.614-3. Allowable error performance for a hypothetical reference digital path in the fixed-satellite service operating below 15 GHz when forming part of an international connection in an integrated services digital network (11/93). 6.ITU-R p.618-5 Рropagation data and prediction methods required for the design of earth space telecommunication systems.(Question ITU-R 206/3). 7.ITU-R PN.837-1Characteristics of precipitation for propagation modelling(Question ITU-R 201/3). 8.Рекомендация МСЭ-R P.837-6 Характеристики осадков, используемые при моделировании распространения радиоволн. (Вопрос МСЭ-R 201/3). 9.Электромагнитная совместимость систем спутниковой связи./Под ред. Л.Я. Кантора и В.В.Ноздрина. – М.:НИИР, 2009. 10.Ликонцев Д.Н.Антенны мобильной и спутниковой систем связи. Индивидуальные задания и методические указания к их выполнению для специальности 5А522105 – «Мобильные системы связи».- Ташкент: ТУИТ, 2008. 11.Основы измерения коэффициента шума в радиочастотном и микроволновом диапазонах. Заметки по применению 57-1. Публикация AgilentTechnologies 5953-8255RURU, 2011. 12.Маковеева М.М., Шинаков Ю.С. Системы связи с подвижными объектами. – М.:Радио и связь, 2002.
Приложение
|