Цифровая полезная нагрузка с применением DTP

Размещено на http://www.allbest.ru/

Цифровая полезная нагрузка с применением DTP

Савельева О.А. Студент магистратуры 1 курс, институт информатики и телекоммуникаций Сибирский государственный университет науки и технологий

им. М. Ф. Решетнева

Савельев И.С. Инженер

АО «Информационные спутниковые системы»

Аннотация

В данной работе рассматриваются принципы построения космических аппаратов с использованием цифрового прозрачного процессора DTP. Раскрыто понятие DTP и роль его применения на борту космического аппарата. Также перечислены преимущества использования DTP с подробным описанием функции гибкой коммутации каналов.

Ключевые слова: полезная нагрузка, DTP, цифровой прозрачный процессор, маршрутизация сигналов, гибкое формирование каналов.

Annotation

In this paper, the principles of constructing spacecraft using the digital transparent processor DTP are used. The concept of DTP and the role of its use on board a spacecraft are disclosed. The advantages of using DTP with a detailed description of the flexible circuit switching functions are also indicated.

Keywords: payload, DTP, digital transparent processor, signal routing, flexible channel management.

Конструкция полезной нагрузки (ПН) на геостационарных телекоммуникационных спутниках оставалась неизменной на протяжении десятилетий. В традиционном спутнике реализована технология, в которой сигналы Ku или C-диапазона, восходящие от наземного источника, были получены КА, преобразованы по частоте, направлены через матрицу коммутации в выбранную усилительную цепь и направлены по соответствующей нисходящей линии антенны для достижения конечных потребителей. Фильтрация и усиление сигнала на борту имели полностью аналоговый характер.

В настоящее время наиболее динамично развивающимся сектором спутниковой связи является сектор систем спутниковой связи (ССС) с обработкой сигналов на борту. Такие ССС позволяют организовать прямую связь между пользователями в режиме «каждый с каждым», также обеспечивается большая гибкость в организации связи. При использовании же «прозрачного» ретранслятора такой режим требует значительных энергетических затрат.

Целесообразность реализации БРК с выполнением всех процедур и алгоритмов обработки сигналов на борту вытекает, прежде всего, из неизбежности использования многолучевых антенн с динамической маршрутизацией трафика, как основного направления эффективного использования частотноорбитального ресурса.

Внедрение многолучевых антенн ведет к необходимости включения в состав бортового ретрансляционного комплекса коммутатора информационных потоков с протоколами сигнализации и динамического перераспределения информации между станциями, обслуживаемыми, различными лучами.

В современных телекоммуникационных спутниках начинают применять цифровую полезную нагрузку после аналого-цифрового преобразователя для реализации гибкой маршрутизации фрагментов радиочастотного спектра. Производительность цифрового устройства обработки быстро растут и позволяют обрабатывать все большие и большие объемы пропускной способности.

Полностью оцифрованные полезные нагрузки позволят исключить огромное количество кабелей, преобразователей частоты, переключателей и фильтров, а также, за счет этого сэкономить огромные суммы денег.

Другими словами, производители КА могут использовать программную коммутацию для спутников «следующего поколения» и встроенную цифровую обработку для плавного преобразования частоты сигнала от одного диапазона к другому чрезвычайно гибким способом.

Гибкость и экономическая эффективность цифровой электроники ставят под сомнение дальнейшее использование «традиционной» модели построения телекоммуникационного спутника. Цифровая обработка сигнала на борту способствует уменьшению массы КА, обеспечивает возможность повторного использования частот и беспрецедентную гибкость в маршрутизации сигналов. Блок, в котором реализована вся цифровая обработка сигналов, называется Digital Transparent Processor (DTP).

Digital Transparent Processor (Цифровой прозрачный процессор) - часть аппаратного обеспечения подсистемы полезной нагрузки, отвечающая за маршрутизацию сигналов от приемных до передающих устройств на борту космического аппарата в соответствии с заданной конфигурацией. Маршрутизация выполняется после аналого-цифрового преобразования сигналов с помощью методов цифровой обработки сигналов[1].

DTP предназначен для обеспечения возможности гибкого формирования каналов и прозрачной маршрутизации для современных полезных нагрузок космических аппаратов[2].

Роль цифрового прозрачного процессора в таком контексте заключается в том, чтобы обеспечить гибкость с точки зрения подключения, распределения каналов и частотного плана.

Данная функция схематично продемонстрирована на рисунке 1.

Бортовые цифровые прозрачные процессоры, как и любой маршрутизатор данных, используют оцифрованные сигналы и направляют сигналы клиента более динамичным образом. Цифровой процессор может быть подключен к нескольким лучам спутника, объединяя их в один канал, если это потребуется, и, таким образом, беспрепятственно и эффективно соединять конечных пользователей с потенциальным множеством шлюзов в любом месте в пределах зоны обслуживания спутника. По сути, DTP могут осуществлять разделение и перераспределение частот в зависимости от поставленной задачи[3].

Преимущества гибкой полезной нагрузки для управления довольно многочисленны. Одним из них является оптимизация управления ресурсами, т.е. способность адаптировать ресурсы спутника к реальным и изменяющимся условиям движения в данной зоне.

DTP также предлагает высокую гибкость с точки зрения модульности. Это достигается за счет адаптации нескольких узлов каждого типа в зависимости от потребностей клиентов (платформа, частота, количество входов или выходов, подлежащих обработке). Это позволяет адаптировать массовые и объемные бюджеты к точным потребностям каждого клиента.

Благодаря использованию DTP, спутник, находящийся в космосе, можно легко «модифицировать», чтобы удовлетворять быстрорастущие и изменяющиеся требования и условия заказчика. Также, установка DTP ведет к появлению универсальной полезной нагрузки, которую можно достаточно быстро «установить» на спутник и избавить от многомесячной работы по созданию ПН с требуемыми параметрами.

Космический аппарат, на борту которого установлен DTP, повышает гибкость полезной нагрузки в предоставлении пропускной способности и обеспечивает специальные пользовательские решения для клиентов.

Использованные источники

Под ред. Уолта Кестера. Проектирование систем цифровой и смешанной обработки сигналов. Москва: Техносфера, 2010. - 328 с.

D. Morelli, A. Mainguet, M.Eustace// Automated operations of large GEO telecom satellites with Digital Transparent Processors (DTP): Challenges and lessons learned// SpaceOps Conferences, 28May-1 June 2018.

Chris Forrester// SES Adopts Digital Satellite Payloads [Электронный

ресурс]. URL: https://advanced-television.com/2016/06/29/ses-adopts-digital-

satellite-payloads (дата обращения: 30.12.2019).

Размещено на Allbest.ru