РАСЧЕТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СПУТНИКОВОЙ РАДИОЛИНИИ

РАСЧЕТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СПУТНИКОВОЙ РАДИОЛИНИИ. В примере расчета предполагается осуществлять индивидуальный приём сигналов в г. Гродно ( = 53,7 с.ш. и З = 23,8 в.д.) с ИСЗ HotBird 6/7A (С = 13 в.д.) на фиксированную офсетную антенну в диапазоне частот 10,7…12,75 ГГц. Допустимый процент времени снижения качества сигналов на радиолинии Т = 0,1 %. Угол места, под которым виден спутник с точки приема =27,92. Относительное угловое отклонение направления ДН антенны от истинного направления на спутник 2 0,5 = 0,2. Угловое смещение плоскостей поляризации антенн спутника и приемной станции П = 10.Усредненная по поверхности зеркала антенны относительная высота неровностей / = 0,03. Радиус Земли RЗ = 6370 км, высота орбиты Н = 35786 км, А = 0,1511. Определим наклонную дальность между заданной позицией спутника и точкой приема (радиус Земли RЗ = 6370 км, высота орбиты Н = 35786 км): , км. (5.1) . (5.2) . . Определим энергетические потери сигнала в свободном пространстве от ИСЗ к приёмной антенне вследствие расходимости излучаемой мощности (fp=12,7 ГГц): , дБ. (5.3) Определим энергетические потери мощности сигнала в спокойной атмосфере, обусловленные поглощением сигнала в кислороде и водяных парах: , дБ. (5.4) Для допустимого процента времени ухудшения качественных показателей на спутниковой радиолинии определим потери сигнала в осадках: , дБ. (5.5) Определим потери мощности сигнала из-за ошибок в наведении приёмной антенны на требуемый спутник: , дБ. (5.6) Определим потери сигнала с линейной поляризацией вследствие углового смещения плоскостей поляризации между антенной спутника и антенной ПС: , дБ. (5.7) Определим суммарные потери мощности сигналов на спутниковой радиолинии: , дБ. (5.8) . По картам зон обслуживания спутниковым вещанием определим в направлении точки приёма значение эквивалентной изотропно-излучаемой мощности (ЭИИМ) ретрансляторов ИСЗ. Для спутника HotBird 6/7A (С = 13 в.д.) значение ЭИИМ в направлении г. Гродно ЭБР = 51 дБВт. Определим плотность потока мощности у поверхности Земли, создаваемую ретранслятором спутника на несущей частоте, дБВт/м2. Определим эквивалентную шумовую температуру (ЭШТ) антенны, обусловленную приемом шумов от внешних источников и собственных шумов из-за потерь в элементах антенны: , К. (5.10) Составляющая ТПОГ, обусловленная приемом поглощенной в атмосфере и дождях мощности сигнала (ТСР = 260 К): , К. (5.11) . Составляющая ТЗ, обусловленная приемом антенной фонового излучения Земли через её боковые лепестки (dА = 1,2м): , К. (5.12) Составляющая ТКОС, обусловленная приемом антенной радиоизлучений Галактики: , К. (5.13) . Составляющая ТСОБ, обусловленная приемом тепловой мощности из-за омических потерь энергии сигнала в элементах антенны: , К. (5.14) Минимальное значение эквивалентной шумовой температуры приемной антенны для сухой и ясной погоды: , К. (5.15) 6 РАСЧЕТ МЕСТА УСТАНОВКИ ПРИЁМНОЙ АНТЕННЫ На фрагменте плана застройки жилого массива отметим точкой А предполагаемое место установки приемной антенны (см. рисунок 6.1). Из этой точки отложим угол обзора θОБ видимой части дуги ГО, ось симметрии которого совпадает с направлением на юг. Из выбранной точки A отложим углы азимутальных смещений Δβi, заключенные между направлением на юг, и направлениями на требуемые спутники, с которых предполагается вести прием: ,град, (6.1) где – позиция i-го спутника на ГО. Положение углов i при построении устанавливается в зависимости от позиций спутников и долготы точки приема. В результате расчета значения углов i в направлении на ИСЗ с позицией =13о в.д. составляет 13,317о. Для каждого из отмеченных на плане направлений на спутники определим расстояния li от точки A до препятствий.

В соответствии с планом (рисунок 6.1) l = 80м. Определим минимальное значения высоты подъема антенны, при которых отсутствует экранирование сигналов препятствиями: , м; (6.2) , град,……… (6.3) где hПi – высота препятствия на i-м направлении относительно нулевой отметки здания, на котором планируется установка антенн.

Для высоты препятствия hП = 45м в результате расчета h1 = 0,546 м. Рисунок 6.1 – Фрагмент плана застройки Рисунок 6.2 – Продольный профиль Уточним позиции крайних спутников на ГО, с которых возможен приём сигналов при наличии в зоне приема технических ограничений, например, стен зданий, из-за которых не реализуется теоретический диапазон перестройки антенн, град, (6.4) где – угол, заключенный между направлением на юг и стеной здания, ограничивающей реальный угол обзора.

В формуле используется знак «плюс», если граница реального угла обзора находится с восточной стороны, и знак «минус» − с западной стороны относительно места приёма. В соответствии с рисунком 6.1 граница для перестройки антенны находится с западной стороны и угол & #967; = 40о. Крайняя западная позиция спутника на ГО, с которого возможен прием, составляет С.К. = 10,269о з.д. Для известных параметров приемного оборудования и допустимого относительного изменения ЭШТ конвертора определим возможное ослабление сигнала на интервале между конвертором и спутниковым приемником.

Относительное изменение ЭШТ на входе конвертора μ=0,04, коэффициент шума конвертора nШ.К. = 0,5, усиление конвертора KРК = 55 дБ, коэффициент шума тюнера nШ. Т. = 10 дБ: ,дБ. (6.5) Для нашей системы возьмем коаксиальный кабель типа SAT 703. Погонное затухание в кабеле αКАБ = 0,254 дБ/м, потери в делителе мощности aДОП = 3,0 дБ. Учтем дополнительные потери в пассивных устройствах между конвертором и тюнером и определим максимальную длину соединительного кабеля: ,м. (6.6) На основании полученных данных о высоте подъема антенны и максимальной длине кабеля, а также исходя из предполагаемого места размещения приемного оборудования, определим место установки антенны и выберем реально требуемые длины соединительных кабелей.

Антенна располагается на стене жилого здания с высотой h = 30 м. Эта высота превышает все минимальные отметки мест размещения антенн.

Приемное оборудование находится в квартире.

При установке длина кабеля составит l = 20м. 7 РАСЧЕТ СИСТЕМНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРИЁМНОГО ОБОРУДОВАНИЯ Определим эквивалентную шумовую температуру приемного устройства на входе конвертора (Т0 = 290 К): , К. (7.1) Определим полную ЭШТ приемной системы на выходе облучателя антенны, обусловленную шумами антенны, волноводного тракта и приемника.

Корректор поляризации аВТ = 0,25 дБ: , К. (7.2) По величине символьной скорости BC фазомодулированного сигнала и ширине полосы радиоствола ΔFСТ = ΔFВЧ определим коэффициент расширения полосы (BC = 27,5 Мсимв./с, FСТ = 36 МГц): . (7.3) Определим относительную скорость каскадного кодирования (RСК = 3/4 и RРС = 188/204): . (7.4) =0,691 Определим скорость передачи данных в транспортном потоке на выходе блока исправления ошибок (М = 4): , Мбит/с. (7.5) Определим спектральную эффективность цифрового канала спутникового вещания с принятыми параметрами, бит/с•Гц. (7.6) Определим превышение пропускной способности радиоканала по Шеннону над скоростью передачи данных B0 (РОШ.В = 10-5): . (7.7) Определим энергетический выигрыш в помехозащищенности от применения каскадного кодирования с прямым исправлением ошибок: =; (7.8) дБ (7.9) Определим требуемое значение ОНШ на входе ПС, при котором на выходе декодера Витерби обеспечивается заданная величина РОШ.В: дБ (7.10) Определить для требуемого ОНШ уровень сигнала на входе ПС: , дБВт. (7.11) 7.12 Определим для действующего значения ЭИИМ необходимое усиление приёмной антенны ((δ/λ) = 0,003, ΔgЭ = 1,0 дБ): , дБ. (7.12) Определим диаметр приемной антенны на средней частоте fСР рабочего диапазона (fСР = 12,25 ГГц, КИП антенны равен 0,65): , м. (7.13) Выберем офсетную антенну фирмы SUPRAL (Дания) типа Supral 0,7 размером 700х750 мм, со стальным рефлектором, двойным антикоррозийным покрытием и коэффициентом усиления дБ на частоте 11,3 ГГц. Определим угловое отклонение раскрыва офсетной антенны от вертикального положения при ее установке: , град (7.14) Здесь DОФ и dОФ – большая и малая оси раскрыва офсетного зеркала, равные 700 и 750 мм соответственно.

Определить для выбранного типа антенны ширину главного лепестка ДН в горизонтальной &#952;1 и вертикальной &#952;2 плоскостях: , град; (7.15) , град. (7.16) Для выбранной офсетной антенны &#952;1 = 2,631&#61616;; &#952;2 =2,323&#61616;. Определить значения добротностей приемной системы в номинальном режиме работы DПР.Н и в режиме её аттестации DПР.А, когда : , дБ/К; (7.17) ,дБ/К. Для нашего случая DПР.Н = 11,849 дБ/К и DПР.А = 9,29 дБ/К. Уточним уровень сигнала на входе ПС при использовании выбранной антенны: , дБВт. (7.19) Определим реальное (реализуемое) значение ОНШ на входе ПС: , дБ. (7.20) Определим энергетический запас в ОНШ по отношению к пороговому режиму работы ПС, при котором наблюдается срыв изображения (системный запас &#916;&#961;&#931; = 2,4 дБ): , дБ. Уточнить величину на выходе декодера Витерби: (7.22) Определим уровень мощности принимаемого сигнала на входе ЦПСВ: , дБВт. (7.23) Определим уровень напряжения принимаемого сигнала на входе ЦПСВ, здесь RВХ – входное сопротивление ЦПСВ, обычно равное 75 Ом: , дБмкВ. (7.24) . 8 РАСЧЁТ ПОМЕХОЗАЩИЩЁННОСТИ СИСТЕМЫ ОТ МЕШАЮЩИХ ИСЗ Мешающими спутниками являются: ИСЗ 1 Astra 1F (&#966;М1 = 19,2о в.д.) с ЭБР1 = 48 дБВт и ИСЗ 2 Eurobird 9 (&#966;М2 = 9ов.д.) c ЭБР2 = 50 дБВт. Определим азимутальные смещения позиций мешающих спутников &#966;MJ относительно южного направления, проведенного из точки приема: ,град. (8.1) Для ИСЗ1 &#916;&#946; М1 = 5,7о, для ИСЗ2 &#916;&#946; М2 = 18,15о. Определим топоцентрические углы между позицией информационного ИСЗ и позициями каждого из мешающих спутников: , град. (8.2) &#61521;М1 = 7,616о, &#61521;М2 = 4,834о Определим пространственную избирательность приемной антенны &#916;g(&#61521;М1) по отношению к помехам мешающих ИСЗ: , при 1о < < 48о (8.3) &#916;g(&#61521;М1) = 28,942 дБ, &#916;g(&#61521;М2) = 24,008 дБ. Определим разницу в уровнях ЭИИМ информационного и мешающих ИСЗ: , дБВт. (8.4).