Системы спутниковой радиосвязи и телевещания

РЕСПУБЛИКА  КАЗАХСТАН

АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра Телекоммуникационных систем

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

По дисциплине: Системы спутниковой радиосвязи и телевещания

 

 

 

 

 

  Руководитель_____________________

       _Клочковская Л.П.______________________

                                                                   «___»  ___________  2009 г.

    Студент _Сагиндыкова Ж.Е.___________

Группа  _МТСк-05-02______________

                                                                    Зач. Книжка №053059_____________

 

 

 

 

АЛМАТЫ 2009

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ  ХАРАКТЕРИСТИКИ АППАРАТУРЫ

 

1. Цифровая радиорелейная система                     PASOLINK

2. Вариант трафика                                                                E1

3. Диапазон частот                     21,3-23,5 ГГц

4. Коэффициент системы, Кс          99 дБ

5. Мощность ПРД                     17 дБм

6. Диаметр антенны             1.2 м

7. Усиление антенны             41 дБ

   

           f – 22 ГГц

 

Вар	УНУ	1	2	3	4	5	,км
9	200	210/0	220/10	230/15	230/20	230/25	25

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Радиорелейная  связь осуществляется  путем последовательной многократной ретрансляцией сигнала  от  одной  станцией к  другой. На  станциях  осуществляется процесс  приема, получения   и переизлучения   сигнала. Расстояние прямой видимости между сигналами зависит от высоты подвеса антенн, от рельефа местности также от диапазона радиоволн. Горы, возвышенности, большие водные пространства, резко изменяют условия распространения.

В зависимости от места  в первичной сети ЕАСС радиорелейные  линии (РРЛ) подразделяют на местные, зоновые, магистральные и технологические.

Местные РРЛ соединяют  две АТС в пределах большого города, райцентр с селом или село с  селом. Зоновые (внутриобластные) РРЛ – линии средней емкости. Магистральные РРЛ, соединяющие между собой тракты и каналы передачи различных зоновых сетей, являются линиями большой емкости (тысячи телефонных каналов) и используют до восьми высокочастотных радиостволов. Технологические РРЛ служат для организации технологической связи при эксплуатации нефтепроводов, газопроводов, линий электропередачи, железнодорожного транспорта.

Современные РРЛ работают в различных диапазонах частот от 0,1 до 15 ГГц. По способу обработки  информации РРЛ могут быть подразделены на аналоговые и цифровые.

Аналоговые РРЛ используют для передачи многоканальных телефонных (ТФ) сообщений и телевизионных (ТВ) сигналов совместно с сигналами  звукового сопровождения (ЗС) в аналоговой форме. Цифровые РРЛ служат для передачи в цифровой форме телефонных сообщений (со скоростью 2-140 Мбит/с), сигналов данных с большой скоростью, а также сигналов ТВ и видеотелефонных сигналов.

Радиорелейные станции (РРС) по функциональному признаку классифицируются на узловые, оконечные и промежуточные.

На узловой  радиорелейной станции (УРС) передаваемая информация перепринимается с возможностью ввода и выделения информации потребителю. На оконечной радиорелейной  станции (ОРС) осуществляются ввод и  выделение передаваемой информации и обеспечивается распределение информации потребителям. На промежуточной радиорелейной станции (ПРС) передаваемые сигналы ретранслируются по промежуточной частоте, а также при необходимости выделяются сигналы ТВ ствола или часть телефонного группового спектра.

      
                                             ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

ЗАДАНИЕ 1

1 Построение продольного  профиля пролета

1.1 Определение  радиуса кривизны Земли.

,

где -км, х-м

м

1.2 Определение критической точки пролета.

,

где , - км,

R₁ – расстояние до препятствия,

R₀ – протяженность интервала,

.

1.3 Определение  минимального радиуса зоны Френеля.

Радиолуч перемещается внутри зоны Френеля, которая представляет собой элепсоид вращения в точке приема и передачи.

,

где

1.4 Приращение  просвета из-за рефракции.

Среднее значение изменения просвета за счет рефракции, существующее в течение 80% времени, вычисляется по формуле:

^.10^{-8  1}/м среднее

^.10^{-8 1}/м стандартное

 среднее и стандартное отклонение вертикального градиента диэлектрической проницаемости атмосферы.

=25 км 

1/м

.

1.5 Просвет  при отсутствии рефракции.

,

.

1.6 Определение  высот подвеса антенн.

Высоты подвеса  антенн выбираются методом оптимизации. Для этого от критической точки  профиля откладываем расстояние Н(0) и через данную точку проводим три произвольных луча. Выбираем тот луч, у которого h₁+h₂=min, где h₁- высота подвеса передающей антенны,h₂- высота подвеса приемной антенны.

м

м

Высота передающей антенны 37,484 м.

Высота приемной антенны 37,484 м.

2 Расчет времени ухудшения связи

2.1 Расчет  запаса на замирание.

 дБ,

где S_G – коэффициент системы, дБ;

2η≈5 дБ – коэффициент полезного действия антенно-фидерного тракта;

L₀ – ослабление сигнала на пролете:

,

.

Для заданного типа аппаратуры, работающей на заданной частоте, определяем технические параметры:

S_G=99 дБ,

 дБ.

2.2 Расчет  времени ухудшения связи из-за  дождя.

Чем выше частота  радиоизлучения, тем сильнее влияет на ослабление сигнала размер капель и интенсивность дождя. Поэтому при расчете времени ослабления необходимо учитывать климатическую зону в зависимости от интенсивности дождя в течении 0.01% времени.

Территория СНГ разделена  на 16 климатических зон. Казахстан  относится к зоне Е, для которой интенсивность осадков .

Так как интенсивность  дождя неравномерно распределяется вдоль трассы, определяем эффективную  длину пролета:

 км,

R₀ – длина пролета, км;

- коэффициент уменьшения,

- опорное расстояние, км,

 км,

,

.

Удельное затухание в  дожде в зависимости от поляризации  волны:

 дБ.

Коэффициенты регрессии для оценки затухания в зависимости от поляризации волны определяются по таблице.

Для горизонтальной поляризации:

Затухание на трассе, превышающее 0.01% времени, определяется по формуле:

, дБ,

Время, в течении  которого ослабление сигнала больше, чем запас на замирание:

, %

 

%.

2.3 Расчет  времени ухудшения связи, вызванного  субрефракцией радиоволн.

Стандартная атмосфера имеет наибольшую плотность у поверхности земли, поэтому радиолучи изгибаются книзу. В результате просвет на пролете, определяемый по минимальному радиусу зоны Френеля, не имеет постоянной величины, т. к. плотность атмосферы изменяется и зависит от времени суток и состояния атмосферы.

Среднее значение просвета на пролете:

,

Относительный просвет:

,

.

На чертеже  профиля пролета проводим прямую параллельно радиолучу на расстоянии ∆y=H₀ от вершины препятствия и находим ширину препятствия (Приложение А).

Относительная длина препятствия:

Параметр µ, характеризующий аппроксимирующую среду:

,

где .

Принимаем .

Значение относительного просвета , при котором наступает глубокое замирание сигнала, вызванное экранировкой, препятствием минимальной зоны Френеля:

где V₀ – множитель ослабления при H(0), определяемый по графику в зависимости от полученного значения µ. Для µ=1,27 V₀=-12,25дБ.

V_min – минимальный допустимый множитель ослабления;

,

Параметр  ,

,

 

По графику определяем T(V_min) в зависимости от ψ. Для ψ =2,31

 T(0) = 4 %.

2.4 Проверка  норм на неготовность и окончательный выбор оптимальных высот подвеса антенн и опор.

Характеристики  неготовности для ГЭЦТ (гипотетический эталонный тракт) установлены в  рекомендации 557МСЭ-Р.

ГЭЦТ считается неготовой, если в течении 10 последующих секунд возникли следующие условия или одно из них:

• Передача цифрового сигнала прервана;
• В каждой секунде BER хуже 10^-3.

Неготовность  аппаратуры уплотнения исключается. Характеристики неготовности делятся на неготовности оборудования и неготовность, вызванную условиями распространения радиоволн, например, величина неготовности, вызванной дождем, составляет 30-50%.

Характеристики  готовности ГЭЦТ протяженностью 2500 км определяются величиной 99.7%, причем эти проценты определяются в течение достаточно большого интервала времени. Этот интервал должен составлять более года, характеристики готовности определяются, таким образом, величиной 0.3%.

Норма на неготовность:

,

Должно выполняться  условие:

,

где

2.5 Расчет  времени ухудшения радиосвязи  из-за многолучевого распространения.

При моделировании  радиолиний, протяженностью более чем  несколько километров, должны учитываться четыре механизма замираний в чистой атмосфере, обусловленные чрезвычайно преломляющимся слоями:

• расширение луча (расфокусировка луча);
• развязка в антенне;
• поверхностное многолучевое распространение;
• атмосферное многолучевое распространение.

Большинство этих механизмов возникают сами по себе или в комбинации с другими механизмами. Сильные частотно-избирательные затухания возникают, когда расфокусировка прямого луча сочетается с отражением сигнала от поверхности, что вызывает замирание вследствие многолучевого распространения. Мерцающие замирания, вызванные небольшими турбулентными возмущениями в атмосфере, всегда имеют место при этих механизмах, но на частотах ниже 40 ГГц их влияние на общее распределение замираний не существенно. На больших глубинах замирания процент времени Т_ИНТ, в течение которого в узкополосных системах не превышается уровень принимаемого сигнала в средний худший месяц, может быть определен с помощью следующего асимптотического выражения:

,%,

где F_t – запас на замирание, дБ;

R₀ – длина пролета, км;

f – частота, ГГц;

K – коэффициент, учитывающий влияние климата и рельефа местности;

Q – коэффициент, учитывающий другие параметры трассы;

B, C – коэффициенты, учитывающие региональные эффекты.

,

где - процент времени с вертикальным градиентом рефракции.

Коэффициенты C_LAT и C_LON для Казахстана равны 0.

.

,

где - наклон радиотрассы, мрад,

здесь H₁, H₂ – м;

R₀ – км;

B=0.89; C=3.6;

 мрад,

,

%.

2.6 Проверка  норм на допустимое время ухудшения  связи из-за многолучевого распространения  волн.

Норма на допустимое время ухудшения связи для  высшего качества связи:

,

Где R₀ – длина пролета, км;

2500 – длина  эталонной гипотетической линии,

.

Должно выполняться  условие:

,

, то есть условие выполняется.

3 Вывод об устойчивости связи на пролете.

Так как T(V_min) ≥ 0.003 %, то проведенная оптимизация высот подвеса антенн проводится.

Расчеты показывают, что условие  не выполняется из-за условия дождя, это говорит о том, что устойчивость связи на пролете нет.

Так же выполняется  условие, поставленное в пункте 2.6, то есть .

 

 

ЗАДАНИЕ 2

Задача №1

Произвести  энергетический расчет спутниковой  линии «вниз». Необходимые данные для системы приведены в таблицах 1 и 2.

Вариант системы: D→E.

Таблица 1 –  Данные приемной станции

Система	D
Диапазон, ГГц	14/11
Координаты	52º в. д. 47º с. ш.
Диаметр антенны, м	10
Коэффициент шума приемника	5
Эффективная полоса частот, МГц	33
КПД АФТ	0.9
Шумовая температура  антенны, К	80

 

Таблица 2 -  Параметры бортового ретранслятора

Система		D
Диапазон, ГГц		14/11
Координаты		850 в.д.
Коэффициент усиления антенны, дБ	прием	30
	передача	27
Коэффициент шума приемника		5
КПД АФТ		0.8

 

 

РАСЧЕТ СПУТНИКОВОЙ  ЛИНИИ «ВВЕРХ»

1  Участок: передающая ИСЗ (КС) → ЗС

     1.1 Наклонная дальность между КС и ЗС

 где  ;

- широта ЗС;

- разность по долготе между  КС и ЗС.

 

 

1.2 Суммарная  шумовая температура

где Т_А – шумовая температура антенны КС;

η – КПД АФТ  КС;

T_ПР=T₀ ^. (K_Ш-1)

где Т₀=290°К

K_Ш – коэффициент шума приёмника КС;

T_ПР=290(5-1)=1160 К.

 К.

1.3 Коэффициент  усиления земной станции

 

где D – диаметр антенны ЗС, м;

λ – длина  волны для участка «вверх», м;

 м.

g=0,6…0,8 – коэффициент использования поверхности антенны.

.

G_КС=10∙lg 10,9∙10⁵=10(5+lg 10,9)=10(5+1,04)=60,4 дБ

1.4 Мощность  передатчика земной станции

где d=м, L_доп=2 дБ (1,58);

k=1,38∙10^-23 – постоянная Больцмана;

Δf_Ш – эффективная полоса частот ЗС;   

в=1,2 дБ (1,318);   

дБ (25,1);    

G_КС = 27 дБ (501).

Вт

Р_КС=14,11 дБ.

1.5 Ослабление сигнала на участке КС→ЗС.

.

 дБ.

Рисунок 1 –  Диаграмма уровней на участке  ЗС – КС

Задача №2

Требуется проверить  мешающее влияние  одной спутниковой  системы на другую, сравнить степень  влияния одной спутниковой системы  на другую, сравнить степень влияния с допустимым значением (6 %) температуры при отсутствии влияния.

Т а б л  и ц а  1 – Параметры приёмной станции    

Система	Диапазон, ГГц	Диаметр антенны, м	коорди- наты	Коэффи-циент  шума приёмни-ка	Эффектив- ная  полоса частот, МГц	КПД АФТ	Шумовая темпера-тура антенны, К
D	14/11	10	52° в. д. 47° с. ш.	5	33	0,9	80
E	14/11	6	78° в. д. 42° с. ш.	7,5	36	0,85	90

 

 

Т а б л  и ц а 2 – Параметры бортового ретранслятора                                                    

Система	Диапазон частот,ГГц	Координаты	Коэффициент усиления антенны, дБ		Коэф-т шума приём- ника	КПД АФТ	шумовая t°СЛК,К	Спект-ральная  плот-ность мощно-сти, дБ	Шумовая t°антенны,К
			Приём	Переда-ча
D	14/11	85°в.д.	30	27	5	0,85	100	-51	60
E	14/11	66°в.д.	29	26	7	0,8	110	-50	45

 

Т а б л  и ц а  3 – Параметры передающей ЗС                                                          

Система	Диапазон частот,ГГц	Диаметр антенны,м	Отноше- ние Рс/Рш, дБ	Коорди- наты	Эффектив- ная  полоса частот, МГц	КПД АФТ	Спектральная  плотность мощнос- ти, дБ Вт/м2
D	14/11	8	14	65° в. д. 45° с. ш.	72	0,9	-30
E	14/11	3	17	55° в. д. 50° с. ш.	36	0,8	-34

                       

                        

Рисунок 2

2.1 Наклонная  дальность между ЗС и КС:

а) между передающей земной станцией и спутником мешающей системы

.

  км;

б) между передающей земной станцией мешающей системы «D» и спутником системы, подверженной влиянию «E»

 км;

в) между спутником  мешающей системы и приёмной земной станцией системы, подверженной влиянию

 км.

2.2 Топоцентрический угловой разнос

- разность по долготе между  спутниками 

.

.

2.3 Коэффициент  усиления антенны приёмной ЗС  системы, подверженной влиянию,  при условии D/λ>100;  6/0,027=222>100

G(φ)_M=32 – 25lgφ

где должно выполняться  условие 

φ_z< φ<48⁰

φ_z=15,85(D/ λ)^-0,6, град

здесь D – диаметр антенны;

φ_z=15,85(6/0,027)^-0,6=0,619⁰<9.6⁰<48⁰;

φ= .

G(φ)_M=32 – 25lg9.6=32 – 24.557= 7.443 дБ.

2.4 Коэффициент усиления антенны передающей ЗС мешающей системы, при условии D/λ>100, φ_z<φ= <48⁰

D/λ=5/0,027=185>100.

φ_z=15,85(5/0,027)^-0,6=0,7⁰<9.6⁰<48⁰.

G(φ)_M=32 – 25lg9.6⁰=32 – 24,557=7.443 дБ.

2.5 Увеличение  шумовой температуры приёмной системы бортового ретранслятора, подверженного влиянию

где    - спектральная плотность мощности, подводимая к антенне мешающей передающей ЗС, дБ;

- коэффициент усиления  антенны мешающей передающей  ЗС, дБ;

- коэффициент усиления антенны спутника, подверженной влиянию (на приём), дБ;

- ослабление сигнала на линии  мешающая передающая земная станция  – спутник, подверженный влиянию,  дБ;

, дБ .

, дБ.

 К

2.6 Увеличение  шумовой температуры на выходе  приёмной антенны земной станции  системы, подверженной влиянию

где   - спектральная плотность мощности, подводимая к антенне мешающего спутника, дБ;

 - коэффициент усиления приёмной антенны земной станции системы, подверженной влиянию, дБ;

- коэффициент усиления  антенны мешающего спутника ( на  передачу), дБ;

- ослабление сигнала на  линии мешающий спутник – приёмная  земная станция системы, подверженной влиянию

, дБ.

, дБ.

,К.

2.7 Приращение  эквивалентной шумовой температуры  линии

где γ= - 15 дБ (0,032) – коэффициент передачи спутниковой  линии, если поляризация на двух системах одинаковая;

, К, 

2.8 Относительное  приращение эффективной шумовой  температуры приёмного тракта  системы, подверженной влиянию

где Т – шумовая  температура спутниковой линии связи системы, подверженной влиянию

%.

Между системами коррекция не требуется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Л.Г. Мордухович, А.П.Степанов. Системы Радиосвязи. Курсовое проектирование. Учебное пособие. Москва «Радио и связь» 1987 г.
2. А.С. Немировский, Е.В. Рыжков. Системы связи и радиорелейные линии. Москва «Связь» 1980 г.
3. В.В. Марков. Радиорелейная связь, М.: Связь,1979.
4. М.М. Маковеева, Ю.С. Шинаков, Системы связи с подвижными объектами, М.: «Р и С» 2002.