Расчет основных параметров и характеристик на спутниковой радиолинии

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Расчет основных параметров и характеристик на спутниковой радиолинии

Приём сигналов спутникового телевидения осуществляется в городе Тюмень (?_З = 57,09⁰ в.д. и ? = 65,32⁰ с.ш.) со спутника ABS-1 (?_С = 75⁰ в.д.). Минимальный угол места, ниже которого прием сигналов с ГО затруднен, примем ?_МИН = 8?.

1.1 Расчет параметров перестройки антенны

1. Определить для заданной географической широты места приема, угловой обзор видимой части дуги геостационарной орбиты, в пределах которого возможен приём сигналов со спутников:

, град;

, град.

Для географической широты точки приёма ? = 65,32^о с.ш., А = 0,1511 и угла места ?_МИН = 8^о расчётные значения составляют:

,

Расчётные значения = 73,39^о и = 98,97^о.

2. Определить угловой диапазон азимутальной перестройки ОПУ антенны (от горизонта до горизонта), соответствующий максимальному угловому обзору дуги ГО по формуле:

, град.

Расчётное значение ?_ОБ.М = 141,10^о.

3. Определить угловое разнесение между крайними позициями спутников, находящихся на видимой с точки приёма части дуги ГО по формуле:

, град;

Расчётное значение ?_Р = 91,59^о.

4. Определить на видимой части дуги ГО значения крайних позиций восточного и западного спутников, находящихся под углами мест ? = ?_МИН по формуле:

, град;

, град;

Для долготы ?_З = 57,09^о в.д. расчётные значения составляют: ?_С.Вос. = 102,85 ^о в.д. и ?_С.Зап. = 11,3^о з.д.

5. Определить для географичесой широты точки приема максимальный угол места ?_М и диапазон угломестной перестройки ОПУ по формуле:

, град;

, град. ,

Расчётные значения: ?_М = 16,49^о и ?? = 8,49^о.

6. Определить угол места, под которым виден заданный спутник (спутники) с точки приёма:

, град;

, град.

Для спутника с позицией ?_С = 75^о в.д. расчётные значения составляют: ? = 66,62^о и ?_Т = 15^о.

7. Т.к. спутник находится под углами мест ? > 10^о, корректировать угол места с учетом наличия атмосферной рефракции нет необходимости.

8. Определить азимут ? и азимутальное смещение ?? между направлениями на юг и на спутник:

, град;

, град.



Рисунок 3.1.1 - Азимут ? и азимутальное смещение ??

Расчётные значения: ?? = 19,59^о и ? = 160,4^о.

9. Указать на дуге ГО позиции заданных ИСЗ, а так же рассчитанные показатели наведения и перестройки.

Для контрольного расчета необходимые построения приведены на рис 3.1.2.

Рисунок 3.1.2 - Иллюстрация рассчитанных значений

10. Для ОПУ с полярной подвеской вычислить угловую ошибку в наведении антенны на крайние позиции ИСЗ, определенные в п.4 расчёта:

, град;

, град;

, град.

;

;

.

Расчётные значения составляют: ? = 82,65^о, ? = 81,68^о и ? = 0,26^о.

11. Для минимизации угловой ошибки в наведении антенны на ИСЗ определить угловое смещение её оси вращения относительно направления на ПЗ:

, град;

.

Расчётное значение ?? = 0,48^о.

12. Определить угол наклона оси вращения антенны модифицированного ОПУ относительно горизонтальной плоскости в месте приема:

, град.

Расчетное значение: ?_Н = 65,8^о.

13. Определить скорректированный угол склонения модифицированного ОПУ между осью вращения и перпендикуляром к направлению на юг:

, град.

;

Расчетное значение ?_С.КОР = 7,83^о.

14. Проверим выполнение условия:

.

По результатам расчёта: 65,8+7,83+16,49=90 ^о.

Сведем полученные значения в таблицу.

Таблица 3.1.1 - Результаты расчетов

Угловой обзор видимой части дуги ГО, в пределах которого возможен приём сигналов со спутников, ?ОБ	98,97о
Угловой диапазон азимутальной перестройки ОПУ антенны, соответствующий максимальному угловому обзору дуги ГО,	141,10о
Угловое разнесение между крайними позициями спутников, находящихся на видимой с точки приёма части дуги ГО, ?Р	91,59о
Крайние позиции восточного и западного спутников, находящихся под углами мест ? = ?МИН, ?С.Вос. и ?С.Зап.	102,85о в.д и 11,3о з.д.
Максимальный угол места ?М	16,49о
Угол места, под которым виден заданный спутник с точки приёма, ?Т	15о
Азимут ? и азимутальное смещение ?? между направлениями на юг и на спутник	160,4о и 19,6о
Угловая ошибка в наведении антенны на крайние позиции ИСЗ, ?	0,26о
Угловое смещение оси вращения антенны относительно направления на ИСЗ, ??	0,48о
Угол наклона оси вращения антенны модифицированного ОПУ относительно горизонтальной плоскости в месте приема, ?Н	65,8о
Сорректированный угол склонения модифицированного ОПУ между осью вращения и перпендикуляром к направлению на юг, ?С.КОР	7,83о

1.2 Расчет энергетических параметров спутниковой радиолинии

1. Определить наклонную дальность между заданной позицией спутника и точкой приема:

, км;

Для данных примера r = 39943,7 км.

2. Определить энергетические потери сигнала в свободном пространстве от ИСЗ к приёмной антенне вследствие расходимости излучаемой мощности:

, дБ.

;

Потери составляют 205,82 дБ.

3. Определить энергетические потери мощности сигнала в спокойной атмосфере, обусловленные поглощением сигнала в кислороде и водяных парах:

, дБ.

Потери составляют 0,44 дБ.

4. Для допустимого процента времени ухудшения качественных показателей на спутниковой радиолинии определить потери сигнала в осадках:

, дБ;

;

Для Т = 1 % и ? = 15° потери a_Д(T=1%) = 1,2 дБ.

5. Определить потери мощности сигнала из-за ошибок в наведении приёмной антенны на требуемый спутник:

, дБ; .

Потери составляют 0,17 дБ.

6. Определить потери сигнала с линейной поляризацией вследствие углового смещения плоскостей поляризации между антенной спутника и антенной ПС:

, дБ;

.

Потери составляют 0,15дБ.

7. Определить суммарные потери мощности сигналов на спутниковой радиолинии

, дБ.

суммарные потери = 207,78 дБ.

8. По карте зоны обслуживания спутниковым вещанием определим в направлении точки приёма значения эквивалентной изотропно-излучаемой мощности (ЭИИМ) ретрансляторов ИСЗ.

Для спутника ABS-1 (?_С = 75⁰ в.д.) значение ЭИИМ в направлении города Тюмень (?_З = 57,09⁰ в.д. и ? = 65,32⁰ с.ш.)Э_БР = 47 дБВт.

9. Определим плотность потока мощности у поверхности Земли, создаваемую ретранслятором спутника на несущей частоте

, дБВт/м²;

.

Величина П_М = 117,97 дБВт/м².

10. Определить эквивалентную шумовую температуру (ЭШТ) антенны, обусловленную приемом шумов от внешних и собственных источников:

, К;

В результате вычислений приведенных ниже компонент ЭШТ приемной антенны, получим Т_А = 112,28 К.

10.1 Составляющая Т_ПОГ, обусловленная приемом поглощенной в атмосфере и дождях мощности сигнала:

, К;

.

При Т_СР = 260 К величина Т_ПОГ = 81,7 К.

10.2 Составляющая Т_З, обусловленная приемом антенной фонового излучения Земли через ее боковые лепестки:

, К.

Предположим

Величина .

10.3 Составляющая Т_КОС, обусловленная приемом антенной радиоизлучений Галактики:

, К;

;

Величина Т_КОС = 0,03 К.

10.4 Составляющая Т_СОБ, обусловленная приемом тепловой мощности омических потерь энергии сигнала в элементах антенны:

, К;

Принимаю ,

Тогда

11. Минимальное значение эквивалентной шумовой температуры приемной антенны для сухой и ясной погоды:

, К.

Таблтца 3.2.1 - Результаты расчетов

Наклонную дальность,r км	39943,7
Энергетические потери сигнала в свободном пространстве, , дб	205,82
Энергетические потери мощности сигнала в спокойной атмосфере, дб	0,44
aД(T=1%), дБ	1,2
Потери мощности сигнала из-за ошибок в наведении приёмной антенны на требуемый спутник дб	0,17
Потери сигнала с линейной поляризацией вследствие углового смещения плоскостей поляризации между антенной спутника и антенной ПС, дб	0,15
, дб	207,78
ЭБР дБВт	47
Плотность потока мощности у поверхности Земли ПМ , дБВт/м2.	117,97
Эквивалентную шумовую температуру (ЭШТ) антенны ТА , К.	112,28
Минимальное значение эквивалентной шумовой температуры приемной антенны для сухой и ясной погоды ТА.МИН , К	55,53

1.3 Расчет мест установки приемной антенны

1. На фрагменте плана застройки жилого массива отметить точкой А предполагаемое место установки приемных антенн (см. рис. 3.3.1). Из этой точки отложить угол обзора ?_ОБ видимой части дуги ГО, ось симметрии которого совпадает с направлением на юг, т.е. указать границы сектора обзора ГО с точки приема при отсутствии препятствий.

2. Из выбранной точки A отложить углы азимутальных смещений ??_i, заключенные между направлением на юг, и направлениями на требуемые спутники, с которых предполагается вести прием:

,град, ⁰

Положение угла при построении устанавливается в зависимости от позиций спутников и долготы точки приема.

Рисунок 3.3.1 - Фрагмент плана застройки

3. Уточнить позиции крайних спутников на ГО, с которых возможен приём сигналов при наличии в зоне приема технических ограничений стенами зданий для реализации теоретического диапазона перестройки антенн

,град

где ? - угол, заключенный между направлением на юг и стеной здания ограничивающей перемещение антенны.

Как видно из рисунка угол ?=60⁰

⁰

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 рис. 3.3.1 граница для перестройки антенны находится с западной стороны и угол ? = 40^о. Крайняя западная позиция спутника на ГО, с которого возможен прием, составляет _С.К. = 114,65^о в.д.

4. Для известных параметров приемного оборудования и допустимого относительного изменения ЭШТ конвертора определить возможное ослабление сигнала на интервале между конвертором и спутниковым приемником (,) :

,дБ (13.5)

5. Выбираю тип кабеля RG11SB c погонным затуханием учитывая дополнительные потери в делителе мощности между конвертором и тюнером и определяем максимальную длину соединительного кабеля:

,м (13.6)

Приемная антенна располагается на высоте 42 м вне помещения в окне пользователя, следовательно l = 5м

6. Результаты расчетов свести в таблицу.

Таблица 3.3.1 - Основные результаты расчета мест установки антенн

Тип спутника	Высота подъема антенны, м	Длина соединительного кабеля, м
ABS-1	42	5

1.4 Расчет системных параметров приемного оборудования

На этапе технического проектирования приемного оборудования ЦСВ обязательным условием является максимально полный учет всех факторов, которые определяют его функционирование с требуемым качеством. Данное условие позволяет исключить необоснованное усложнение или упрощение построения приемной системы.

Основными задачами, решаемыми при расчете, являются:

определение показателей эффективности приемной системы;

определение параметров антенны, при которых обеспечивается прием сигналов ЦСВ с заданным качеством;

определение добротности ПС как показателя ее чувствительности к приему сигналов ЦСВ при ограниченной мощности БР;

определение энергетического запаса относительно порогового режима, при котором наблюдается срыв изображения.

1. Представить упрощенную структурную схему приемного тракта системы и указать на ней исходные и подлежащие определению параметры (см. рис. 3.4.1).

Рисунок 3.4.1 - Структурная схема приемной установки

2. Определить эквивалентную шумовую температуру приемного устройства на входе конвертора:

, К

, спутниковый цифровой приемник с . Тип кабеля RG11SB c погонным затуханием Т.к длина кабеля до ресивера составляет 7м, то

3. Определить полную ЭШТ приемной системы на выходе облучателя антенны, обусловленную шумами антенны, волноводного тракта и приемника:

, К.

При использовании полнодиапазонного конвертора без корректора поляризации (КП) потери а_ВТ могут составлять 0,05…0,15 дБ. При использо-вании КП на эффекте Фарадея потери а_ВТ находятся в пределах 0,2 … 0,3 дБ.

4. По величине символьной скорости B_C =22Мбит/с фазомодулированного сигнала и ширине полосы радиоствола ?F_СТ = ?F_ВЧ (или его части) определить коэффициент расширения полосы:

5. Определить относительную скорость каскадного кодирования:

Для R_СК = 7/8 и R_РС = 188/204 кодовая скорость R_К = 0,806.

6. Определить скорость передачи данных в транспортном потоке на выходе блока исправления ошибок:

, бит/с.

7. Определить спектральную эффективность цифрового канала спутникового вещания с принятыми параметрами

, бит/с·Гц.

8. Определить превышение пропускной способности радиоканала по Шеннону над скоростью передачи данных B₀:

Для Р_ОШ.В = 10^-5 отношение С/B₀ = 2,13.

9. Определить энергетический выигрыш в помехозащищенности от применения каскадного кодирования с прямым исправлением ошибок:

;

, дБ.

Для Р_ОШ.В = 10^-5 значение lgР_ОШ.РС = 19,44 и G_КОД(М=4) = 9,76 дБ.

10. Определить требуемое значение ОНШ на входе ПС, при котором на выходе декодера Витерби обеспечивается заданная величина Р_ОШ.В:

, дБ.

Величина ?_ТР(М=4) = 10,95 дБ.

11. Определить для требуемого ОНШ уровень сигнала на входе ПС:

, дБВт.

Для данных примера p_С.ВХ = 121,55 дБВт.

12. Определить для действующего значения ЭИИМ необходимое усиление приёмной антенны:

, дБ.

Для (?/?) = 0,025 и ?g_Э = 1,5 дБ величина g_ПР = 41 дБ.

13. Определить диаметр приемной антенны на средней частоте f_СР рабочего диапазона:

.

Значения КИП антенн берётся в пределах 0,55...0,65 для прямофокусных, 0,65...0,75 для офсетных однозеркальных; 0,75...0,8 для офсетных двухзеркальных антенн.

Для f_СР = 12,65 ГГц и ku = 0,7 диаметр составляет d_А = 1 м.

14. Выбираем офсетную антенну TB Tec SA-1.2M AZ размером 1,0х1,1 м, со стальным рефлектором, двойным антикоррозийным покрытием и коэффициентом усиления g_ПР1 = 41 дБ на частоте 11,3 ГГц.

15. Определить угловое отклонение раскрыва офсетной антенны от вертикального положения при ее установке:

, град.

Здесь D_ОФ и d_ОФ - большая и малая оси раскрыва офсетного зеркала, равные 1,1 и 1 м соответственно.

Для = 15 значение ?_ОФ = -9,4.

16. Определить для выбранного типа антенны ширину главного лепестка ДН в горизонтальной ?₁ и вертикальной ?₂ плоскостях:

, град;

, град.

Для выбранной офсетной антенны ?₁ = 1,67; ?₂ =1,48.

17. Определить значения добротностей приемной системы в номинальном режиме работы D_ПР.Н и в режиме её аттестации D_ПР.А, когда =52,53К:

Рассчитанные значения D_ПР.Н = 17,44 дБ/К и D_ПР.А = 18,87 дБ/К.

18. Уточнить уровень сигнала на входе ПС при использовании выбранной антенны:

, дБВт.

Величина p_ВХ.ПР = 119,9 дБВт.

19. Определить реальное (реализуемое) значение ОНШ на входе ПС:

, дБ.

Величина ?_ВХ = 12,56 дБ.

20. Определить энергетический запас в ОНШ по отношению к пороговому режиму работы ПС, при котором наблюдается срыв изображения:

,дБ.(8.19)

Для системного запаса ??_? = 2,4 дБ величина энергетического запаса ??_ЗАП = 3 дБ.

21. Уточнить величину на выходе декодера Витерби:

.

Величина Р_ОШ.В = 10^-8.

22. Определить уровень мощности принимаемого сигнала на входе ЦПСВ:

, дБВт.

Величина p_ВХ.Т = 91,35 дБВт.

23. Определить уровень напряжения принимаемого сигнала на входе ЦПСВ:

, дБмкВ.

Здесь R_ВХ - входное сопротивление ЦПСВ, обычно равное 75 Ом.

Величина U_ВХ = 47,4 дБмкВ.

Таблица 8.1 - Результаты расчетов

Эквивалентная шумовая температура приемного устройства на входе конвертора ТПР К.	48,49
Полная ЭШТ приемной системы на выходе облучателя антенны ТС К.	184,83
Коэффициент расширения полосы bР	1,23
относительная скорость каскадного кодирования RК	0,806
Скорость передачи данных в транспортном потоке на выходе блока исправления ошибок B0 Мбит/с.	35,46
Спектральная эффективность цифрового канала спутникового вещания C бит/с·Гц.	1,31
Энергетический выигрыш в помехозащищенности от применения каскадного кодирования GКОД(М=4) дБ	9,76
требуемое значение ОНШ на входе ПС ?ТР(М=4) дБ.	10,95
усиление приёмной антенны gПР дБ.	41
диаметр приемной антенны на средней частоте fСР ,dА м.	1
уровень сигнала на входе ПС при использовании выбранной антенны pВХ.П дБВт.	119,9
реальное (реализуемое) значение ОНШ на входе ПС ?ВХ дБ.	12,56
уровень мощности принимаемого сигнала на входе ЦПСВ pВХ.Т	91,35 дБВт
уровень напряжения принимаемого сигнала на входе ЦПСВ UВХ	47,4 дБмкВ

1.5 Влияние помех мешающих ИСЗ на величину помехозащищенности приемных систем

Действие помех со стороны мешающих ИСЗ проявляется в ухудшении помехозащищенности приемных систем. Величина снижения помехозащищенности зависит от углового разнесения рабочего и мешающих спутников, а также характеристик используемых антенн. К числу мешающих ИСЗ отнесем спутники, отстоящие на дуге ГО от информационного ИСЗ менее чем на 10? с величиной ЭИИМ в направлении точки приема более 30 дБВт и работающие в совпадающих полосах частот.

Целью проводимых расчетов является:

определение защищённости ПС от совокупного действия помех мешающих ИСЗ;

проверка величины защитного запаса от действия помех для принятия решения о необходимости коррекции размеров антенны;

определение величины снижения ОНШ на входе ПС из-за помех со стороны мешающих ИСЗ.

Мешающие ИСЗ: IntelSat 702 66⁰ (в.д) и Экспресс АМ 2 (80⁰в.д).

1. Определить в геоцентрической системе координат азимутальные смещения позиций мешающих спутников ?_MJ относительно южного направления, проведенного из точки приема

,град.

Для ИСЗ1 Экспресс АМ 2 (80⁰в.д) ?? _М1 =13^о, для ИСЗ2 IntelSat 702 66⁰ ?? _М2 =4,9^о.

2. Определить топоцентрические углы между позицией информационного ИСЗ и позициями каждого из мешающих спутников:

, град.

При ?? =19,5^о _М1 =6,5^о _М2 = 14,6^о.

3. Определить пространственную избирательность приемной антенны ?g(_М1) по отношению к помехам мешающих ИСЗ.

Как было указано в разделе 8 антенна приемная офсетная с диаметром 0,84м соответственно d_А/=42 22, следовательно расчет произведем по формуле:

, при 1^о < < 48^о.

Расчетные значения ?g(_М1) =32,32 дб, ?g(_М2) = 40,19 дБ.

4. Определить разницу в уровнях ЭИИМ информационного и мешающих ИСЗ:

, дБВт.

Значения определяются по картам ЭИИМ зон обслуживания ИСЗ, взятых из справочника или сайтов Интернет. ЭИИМ на территории Новосибирска для спутника NSS6 Э_БР1=46дбВт и для Экспресс АМ2 Э_БР2= 44дБВт

Тогда ?Э_БР1 =2дБВт, ?Э_БР2 = 3дБВт.

5. Определить разницу в ослаблении полезного и мешающих сигналов на спутниковых радиолиниях:

Для ИСЗ1, удаленного от основного спутника на 5^о a_?1 = и ИСЗ2, удалённого от основного ИСЗ на 10^о, ?a_?2 = -0,006дб.

6. Определить величину поляризационной развязки L_РJ между информационными и мешающими сигналами в совпадающих каналах приема. Поляризации совпадают в мешающих каналах приема.

При равенстве поляризаций полезного и мешающих сигналов в совпадающих по частоте каналах приема следует принять L_РJ = 0. При ортогональных поляризациях сигнала и помех гарантированное значение L_РJ составляет 6…8 дБ. При приеме помех с круговой поляризацией на ПС с линейной поляризацией L_РJ = 1,5 дБ.

L_Р1= 0.

L_Р2=7дб

7. Определить на входе приемной системы значения защищённостей от действия помех со стороны каждого из мешающих ИСЗ:

+ L_РJ, дБ.

На основании полученных данных по пп. 4 7 для помех с двух напра-влений А_З1 = 34,32 дБ, А_З2 = 50 дБ.

8. Определить на входе ПС защищённость от суммарного действия помех всех мешающих ИСЗ:

, дБ.

При наличии двух мешающих ИСЗ:

, дБ.

С учётом помех от двух ИСЗ А_З? = 34,2 дБ.

9. Определить защитный запас от действия помех в совпадающих каналах приема:

спутниковый радиолиния антенна помеха

, дБ.

В соответствии с требованиями на защищенность ПС от помех со стороны ИСЗ в совпадающих по частоте каналах защитное отношение R_ЗАЩ 21 дБ. Если в результате расчета < 0, то необходимо увеличить диаметр антенны и пересмотреть расчет.

А_ЗАП = 13,2 дБ условие по защищенности выполняется.

10. Определить уровень снижения ОНШ на входе приемной системы от действия помех мешающих ИСЗ:

, дБ.

Рассчитанное значение ?_П должно быть меньше ранее принятого, которое установлено при выборе системного запаса ??_?. В данном примере снижение ОНШ составляет 0,03 дБ, что меньше допустимого (2,4 дБ).

Заключение

В заключении следует отметить, что система спутникового интернета и одновременный прием программ спутникового телевидения в силу своих достоинств займет в перспективе одно из ведущих мест среди способов приема. Этот метод является экономически выгодным, с высокими скоростями потока данных.

Также были описаны все основные параметры и характеристики спутника расположенного на геостационарной орбите ABS - 1.

В курсовом проекте был произведен расчет всех характеристик системы Спутникового Интернета с наземным запросным каналом.

Литература

1. Липкович Э.Б., Кисель Д.В., Проектирование и расчёт систем цифрового спутникового вещания - Минск: БГУИР, 2006.

2. http://www.telesputnik.ru/.

3. http://www.hdtvplus.ru/.

4. http://www.satvideo.ru/.

Размещено на Allbest.ru