Файл: Силяков В.А., Красюк В.Н. - Системы авиационной радиосвязи - 2004.pdf

126

( )

( ) ( )

2

ш.р

р прд прм 2

ш.р.з

2

2

2

2

ф2

λ

4

π

Р

Р

K G

G

P

R

L k

=

 .

(5.13)

Тогда результирующая мощность шума на входе 

ЗС2

 равна

( )

( ) ( )

2

ш.р

р прд прм 2

ш.з.о

э

2

2

2

2

ф2

λ

4

π

Р

Р

K G

G

P

kT

f

R

L k

=

∆ +

.

(5.14)

Выражение для отношения сигнал/шум 

(

)

прд

р

с.з

ш.з.о

,

q P

P

P

P

=

на вхо-

де приемника земной станции с учетом (5.10–5.14)  можно представить
в  виде

(

)

( ) ( )

( )

( )

( )

2

2

прд

р

прд

прм

прд

прм

1

2

прд

р

2

2

2

прд

прд

прм

э

2

2 ф2 1

2

2

р

прд

прм

э.р

1

1 ф1

2

λ λ

,

4

π

.

λ

Р

Р

Р

Р

P

P G

G

G

G

q P

P

k

f P

G

G

Т R L k

P G

G

Т

R L k

=

→



∆

+



→



+



λ

(5.15)

Результаты расчетов по формуле (5.15), выполненных в математи-

ческом пакете MatCAD-2000,  приведены на рис. 5.8. На рисунке пока-

зана зависимость отношения сигнал/шум 

(

)

прд

р

,

q P

P

 от мощности пе-

редатчика 

ЗС1

 на единицу полосы частот сигнала 

прд

P

f

∆

, причем

использовано обозначение 

прд

прд

n

P

P

f

=

∆

. Кривые построены для зна-

чений  нормированных мощностей излучаемых ретранслятором сигна-

лов 

3

р

10

P

f

−

∆ =

,

4

р

10

P

f

−

∆ =

 и 

5

р

10

P

f

−

∆ =

 соответственно. При

расчетах полагалось, что полоса канала 

к

45

кГц

f

∆

=

 , полоса  речево-

го сигнала 

10

кГц

f

∆ =

[16 ].

127

Считалось, что  

λ

1 

= 

λ

2

= 7 см, 

э.р

700

К

Т

=

,  

э

200

К

Т

=

, 

прд

1200

G

=

,

2

прм

4

м

S

=

, 

( )

прм

1000

Р

G

=

, 

( )

прд

1000

Р

G

=

. Остальные параметры ССС

аналогичны принятым при расчетах зависимостей, представленных на
рис. 5.6.

Из графиков видно, что в АКСР с активной ретрансляцией требуют-

ся мощности передатчиков, реализация которых на борту ВС не вызы-
вает сложностей.

5.4. Особенности работы АКСР

 Вследствие движения спутника относительно земной станции час-

тоты принимаемых сигналов отличаются от частот передаваемых из-за
эффекта Доплера. В результате при передаче сообщения длительнос-
тью 

Т

 на удаляющийся (приближающийся) со скоростью 

V

 спутник дан-

ное сообщение будет приниматься на нем за время (

Т

 + 

Т

×

V

/

c

), где 

c

 –

скорость света. При удалении ИСЗ от ЗС последняя посылка сообще-
ния проходит большее расстояние, чем первая на величину, равную  пути,
пройденному ИС за время приема сообщения. Все сообщение, приня-
тое на ИСЗ, оказывается растянутым по времени в (1 ± 

V

/

c

) раз, а часто-

та каждой спектральной составляющей  сообщения смещенной во
столько же раз. Изменение частоты каждой спектральной составляю-
щей в (1 ± 

V

/

c

) раз приводит к тому, что более высокочастотные состав-

ляющие спектра получают большее абсолютное приращение частоты

1 10

3

×

1

q

(

P

прд

n

, 

10

–3

)

0.1

1 10

4

−

×

P

прд

n

q

(

P

прд

n

, 

10

–4

)

q

(

P

прд

n

, 

10

–5

)

Рис. 5.8

128

по сравнению  низкочастотными. В результате происходит общее сме-
щение спектра частот сообщения на величину доплеровского сдвига

∆

f

д

 и изменение частот спектральных составляющих сообщения, кото-

рым модулируется несущая частота [6]. Последний эффект вызывает
деформацию спектра сообщения.

Доплеровский сдвиг частоты учитывается при выборе полос про-

пускания приемников бортовых и земных станций. Величина допле-
ровского сдвига, определяемая скоростью ИСЗ, зависит от элементов
орбиты (эфемерид) а также  от  несущей частоты передачи. При отно-
шениях 

V

/

c 

= 10

–4

…10

–6

  и передаче на частотах 1…10 ГГц значение 

∆

f

д

может достигать 0,1 МГц. Для устранения влияния доплеровского сдвига
в приемных устройствах используется автоматическая подстройка час-
тоты, а в передающих устройствах  при известных параметрах орбиты и
координатах ЗС можно вводить поправку на сдвиг в несущую частоту
передатчика.

Для уменьшения деформации спектра сообщения используют регу-

лирование скорости передачи или скорости воспроизведения принято-
го сообщения. Для этого необходимо предварительное "запоминание"
сообщения и его последующее считывание со скоростью, изменяющей-
ся в 1/(1 ± 

V

/

c

) раз.

Значительная протяженность линий связи между ЗС и ИСЗ приводит

к временной задержке сигналов. Например, для АКСР через ИСЗ с вы-
сотой орбиты 5000 км максимальное запаздывание сигналов между ЗС
составляет почти 60 мс, а  через спутник, находящийся на геостацио-
нарной орбите, 270 мс. При дуплексной связи это приводит к появле-
нию вынужденных пауз, что затрудняет обмен сообщениями. При пере-
ключении ЗС с одного спутника на другой происходит нарушение
непрерывности запаздывания и доплеровского сдвига в момент переклю-
чения. Отмеченная специфика АКСР особенно существенна при  пере-
даче цифровой информации и влияет на структуру аппаратуры связи.

5.5. Оборудование спутниковых систем связи

5.5.1. Спутниковые ретрансляторы

Главную часть связной подсистемы спутника связи образуют спут-

никовый ретранслятор и связанные с ним антенны. Ретранслятор обес-
печивает непосредственный доступ к спутнику связи в каждый момент
времени для многих независимых ЗС, расположенных в различных точ-

129

ках земной поверхности в пределах зоны обслуживания ССС. На спут-
ник поступает множество сигналов, которые должны быть им ретран-
слированы. Большинство спутников связи содержит несколько (четы-
ре и более) параллельных ретрансляторов [16], в том числе с
узконаправленными антеннами, что облегчает решение проблемы мно-
гостанционного доступа при сильном различии уровней сигналов, при-
нимаемых от  ЗС.

 Спутниковые ретрансляторы, используемые для многостанционно-

го доступа, выполняются многоствольными. Формирование стволов
осуществляется с помощью частотно-избирательных фильтров, обеспе-
чивающих возможность раздельного усиления сигналов различных по-
лос частот и их дальнейшую обработку.

Упрощенная структурная схема одного ствола типичного ретрансля-

тора [16] показана на рис. 5.9. Принципиальными элементами аппара-
туры являются: ствольный полосовой фильтр (

ПФС

),  малошумящий

усилитель (

МШУ

), преобразователь частоты (

ПЧ

), полосовой усили-

тель (

УС

), усилитель мощности (УМ), выполняемый обычно на лампе

бегущей волны (

ЛБВ

), приемная 

АН1

 и передающая 

АН2

 антенны.

Сигналы, поступающие на ретранслятор в полосе частот ствола с

центральной частотой 

f

в

, через ПФС и малошумящий усилитель пода-

ются на вход преобразователя частоты. Сигналы с выхода ПЧ в полосе
частот с центральной частотой 

f

н

 усиливаются в усилителе на ЛБВ и

передаются по линии вниз. Входная и выходная полосы частот ретранс-
лятора разносятся достаточно далеко друг от друга, что исключает воз-
можность самовозбуждения ретранслятора [16]. В других типах ретран-
сляторов принимаемые радиосигналы преобразуются сначала в сигналы
промежуточной частоты, усиливаются, а затем производится повыша-
ющее преобразование в сигналы частоты передачи.

АН1

  АН2

ПФС

 МШУ

 ПЧ

 УС

  ЛБВ

Рис. 5.9

130

На рис. 5.10 в качестве примера представлена упрощенная структур-

ная схема 12-ствольного спутникового ретранслятора "Интелсат -IV" [16].
Сигналы, принимаемые глобальными приемными антеннами 

ГА1

 и 

ГА2

,

подключаются коммутаторами (

КОМ

) ко входам приемников (ПР1–ПР4),

причем 

ПР2

 и 

ПР4

 являются резервными. Каждый из четырех приемни-

ков состоит из усилителя на туннельном диоде  (диапазон линии вверх –
6 ГГц), малошумящего предварительного усилителя, полосового заграж-
дающего фильтра диапазона 4 ГГц (линия вниз), который обеспечивает
затухание вне рабочей полосы частот. Через выходные коммутаторы
приемных модулей и трехдецибильный разветвитель (

РЗВ

) сигналы по-

ступают на входные разделители нечетных (

1, 3, 5, 7, 9, 11

) и четных (

2,

4, 6, 8, 10, 12

) стволов.

Принятые  в полосе частот шириной 500 МГц сигналы транспонируют-

ся в ретрансляторе из диапазона приема 6 ГГц в диапазон передачи 4 ГГц.

Четные и нечетные входные устройства частотного разделения (

вход-

ные разделители

) содержат по 6 полосовых фильтров с шириной поло-

сы 36 МГц, как показано на частотном плане (рис. 5.11).

ГА1

РЗВ

Не

ч

ет

н

ы

е

Не

ч

етные

ст

во

л

ы

ст

во

лы

Ус

и

л

и

те

л

и

мо

щ

н

о

ст

и

Входные

разделители

Выходные

объединители

ГА2

Ч

ет

н

ы

е

ст

во

л

ы

Че

тн

ы

е

ст

во

л

ы

Ус

и

л

и

те

л

и

мощн

о

ст

и

ЛАН 2, 4, 6, 8-го

стволов

ГА (четные

стволы)

1

ПР1

КОМ

ПР2

КОМ

1

ПР3

КОМ

ПР4

КОМ

2

3

4

ЛАН 1, 3, 5, 7-го

стволов

ГА (нечетные

стволы)

Рис. 5.10