Навигация
5. Расчет линии связи
5.1 Общие сведения
Строго говоря, для определения размера приемной антенны следует проанализировать всю линию связи, включая и линию связи вверх (от наземного передатчика до спутника связи), и линию связи вниз (от спутника до наземной приемной станции). Тем не менее применение в ТВ вещании методов управления мощностью на линии связи вверх и другие определенные традиционные допущения позволяют отдельно рассчитать линию связи вниз. На практике для определения параметров оборудования, устанавливаемого на месте приема сигналов (TVRO), вполне достаточно упрощенного метода расчета, представленного в настоящей главе.
Основная цель расчета линии связи - определение или проверка того, насколько данное оборудование подходит для обеспечения устойчивого приема сигналов от выбранного спутника в заданном месте расположения приемной системы. В настоящее время для ТВ вещания наиболее часто используются S-, С-, Ku- и Ка - диапазоны частот. Диапазоны различных микроволновых сигналов и приблизительные значения частот диапазонов приведены в табл. 5. 1.
Таблица 5. 1. Диапазоны микроволновых сигналов
Конечно, можно вместо проведения собственных расчетов полагаться либо на общий расчет линии связи, который предоставляют операторы спутниковой связи, либо сосредоточиться на готовых комплектах приемных систем, предназначенных для работы с общедоступными спутниками. Такой подход не является ошибочным, но он сильно ограничивает вас по многим направлениям. Например, общий расчет линии связи всегда является компромиссным и диктует определенный общепринятый стандарт качества сигнала и его доступности, что может не соответствовать требованиям потребителей. Например, клиент может быть иностранцем, проживающим в вашей стране, и хочет принимать сигналы вещания своей собственной страны. Какой диаметр антенны необходим в этом случае? Таким образом, существует множество причин, по которым расчет линии связи может понадобиться.
Чтобы убедиться, что условия устойчивого приема сигнала обеспечиваются для каждого канала связи, вычисления необходимо выполнить для группы транспондеров. Это особенно важно, когда приемная система собирается из комплектующих частей от разных производителей, поскольку в одном случае на практике может быть получен неудовлетворительный результат, а в другом - чрезмерное усложнение конструкции может привести к неоправданному увеличению стоимости оборудования, а приемная система будет выглядеть неэстетично.
Результатом расчета линии связи является вычисленное значение отношения S/N, величина которого сравнивается с соответствующими значениями по пятибалльной шкале градаций качества принимаемого изображения согласно рекомендациям Международного консультативного комитета по радиовещанию МККР (см. табл. 5. 2). Данные оценки, которые получены в результате многочисленных субъективных тестов, наиболее часто применяются в качестве критерия общей эффективности работы приемных систем. Принятым стандартом для бытовых приемных систем является оценка «4», что соответствует взвешенному значению отношения S/N выше 42, 3 дБ.
Таблица 5. 2. Пятибалльная шкала градаций качества принимаемого изображения в соответствии с рекомендациями МККР
В настоящей главе содержатся выражения, необходимые для детального анализа любого участка линии связи вниз.
Подробный расчет линии связи
Прием сигналов в S- и С- диапазонах относительно не зависит от таких факторов, как затухание в условиях дождя и поглощение сигнала в атмосфере, но при приеме сигналов в Кu- и Ка- диапазонах частот подобные потери необходимо принимать во внимание. Для выполнения подробного расчета линии связи существуют многочисленные стандартные и альтернативные формулы, позволяющие проводить вычисления с различной степенью точности. Приведенный здесь метод расчета является достаточно полным и учитывает затухание сигнала в атмосферных осадках, возрастание шумов в осадках, потери рассогласования, переходные (волноводные) затухания, а также номинальную добротность G/T и используемую добротность G/T, где G/T — это отношение полного коэффициента усиления антенны к общей шумовой температуре системы.
Факторы, влияющие на прием сигнала со спутника
Работа спутниковых приемных ТВ систем зависит от ряда физических параметров, перечень которых приводится ниже.
1. Эффективная изотропно - излучаемая мощность - ЭИИМ.
2. Диаметр действующей антенны.
3. Коэффициент шума малошумящего блока или шумовая температура.
4. Переходные затухания в волноводах и поляризаторах.
5. Потери из-за неточного наведения (нацеливания) антенны:
- начальная ошибка наведения;
- устойчивость антенны под воздействием ветра или других условий окружающей среды;
- точность удержания станции спутника на орбите.
6. Потери поляризации.
7. Старение транспондера
8. Затухание в условиях дождя для заданной вероятности получения (доступности) сигнала (номинальное значение 99, 5% для среднего года).
9. Возрастание шумов в осадках при приеме сигнала в Кu- и Ка - диапазонах (дождь, снег или град).
10. Поглощение сигнала в атмосфере кислородом и парами воды (в зависимости от влажности).
11. Изменения температуры.
12. Параметры приемника (порог демодулятора).
13. Характеристики модуляции сигнала.
14. Рассеивание сигналов из-за затенения антенны деревьями, зданиями, стаями птиц и летательными аппаратами (самолетами).
15. Потери на расходимость луча при прохождении через атмосферу.
Временные воздействия, такие как затенение пролетающими стаями птиц, по большей части непредсказуемы, и при вычислениях их можно не принимать в расчет. Другие факторы могут иметь значительное долговременное воздействие, хотя при приеме в S- и С- диапазонах факторами 8, 9 и 10 можно пренебречь.
Расположение места приема по отношению к позиции спутника
Каждый геостационарный спутник занимает определенную (уникальную) позицию или участок орбиты, находящейся на высоте 35 784 км прямо над экватором. Фактическое положение спутника определяется долготой подспутниковой точки (точки, расположенной прямо под спутником на экваторе). Для захвата сигнала со спутника в пределах предполагаемой зоны обслуживания антенну необходимо точно установить как по азимуту, так и по углу места.
Угол места
Угол места EL (угол возвышения) представляет собой угол направленного вверх наклона антенного зеркала (рефлектора) относительно земной поверхности. Его можно вычислить следующим образом выражение (1):
где А - широта места нахождения земной станции (положительная для северного полушария, отрицательная для южного полушария);
В - восточная долгота земной станции минус восточная долгота спутника;
m = 6, 61 - отношение радиуса геостационарной орбиты к радиусу экватора Земли.
Для низких углов места, значения которых составляют менее 30°, геометрический угол места может быть слегка модифицирован при помощи выражения (2) для учета средней величины рефракции (преломления) в атмосфере. При этом верно рассчитанное истинное значение угла места всегда должно быть больше, чем геометрический угол.
(2)
где EL - результат вычислений, выполненных по выражению (1). В атласах приводятся значения широты и долготы, выраженные в градусах и минутах. Чтобы их можно было использовать при вычислениях.
Азимут
Истинный азимут AZ (поворот рефлектора антенны) представляет собой угол направления, указывающего на выбранный спутник, который отсчитывается от истинного севера. Магнитный азимут измеряется в градусах от 0 до 360°. Север, восток, юг и запад имеют азимуты
указанные значения необходимо перевести в градусы (с десятичными долями). Для этого следует разделить число минут на 60, а полученный результат умножить на 100 и прибавить к целой части числа градусов. Например, нужно преобразовать 53°15'N в градусы:
53 + [(15/60) х 100] = 53, 25°N.
Значения западной долготы необходимо преобразовать в соответствующие значения восточной долготы и отсчитывать от 0°Е (меридиан по Гринвичу) через 180°Е к 360°Е, которое снова будет являться тем же самым значением 0°Е. Таким образом, для значений долготы, расположенной западнее меридиана по Гринвичу, вычитание значения западной долготы (°W) из 360° дает эквивалентное (соответствующее) значение восточной долготы. Например, значение 3°W будет эквивалентно следующему:
360° - (3°W) = 357°Е.
Стоит иметь в виду, что на широтах выше 810 невозможно наблюдать любой участок геостационарной орбиты спутников. Точно так же и разность значений долготы между земной станцией и желаемым спутником не может превышать данную величину. 0°, 90°, 180° и 360° соответственно. Геостационарная орбита спутников отслеживается магнитными азимутами между 90° и 270° в северном полушарии или от 270° до 90° в южном полушарии. Истинный азимут рассчитывается из следующего выражения:
(3)
В расчетах для южного полушария цифра 180 из формулы исключается.
Магнитный азимут
Если истинное значение угла азимута вычислено, то магнитный азимут можно легко рассчитать путем обычного сложения или вычитания магнитного склонения в соответствии с местом приема сигнала. Для всех регионов Европы величина западного магнитного склонения добавляется к величине истинного азимута. Величина магнитного склонения будет меняться в зависимости от места расположения земной станции, и ее можно узнать из местных топографических карт. В некоторых случаях вместо применения компаса для установки азимута можно использовать положение Солнца в различное время дня, но на практике это возможно только в том случае, когда предусматривается одна крупная установка. При установке большого количества приемных систем применение данного метода не всегда удобно.
Протяженность линии связи вниз
Длина пути прохождения сигнала, иногда называемая наклонной дальностью, - это расстояние между земной станцией и рассматриваемым спутником. Чем дальше от экватора находится земная станция, тем длиннее будет путь прохождения сигнала. Для вычисления длины пути D используется следующее выражение:
(4)
Длина волны
Во многих выражениях для упрощения вычислений вместо частоты чаще используется величина длины волны.
Преобразование частоты в длину волны осуществляется следующим образом:
(5)
где с - скорость света (2, 998 х 108 м/с); f - частота, Гц.
Потери при прохождении сигнала в свободном пространстве
Потери при прохождении сигнала в свободном пространстве LFS, или потери на трассе распространения, выражают ослабление микроволновых сигналов по мере их продвижения к Земле и происходят из-за расходимости луча. В качестве аналогии можно представить падение с расстоянием интенсивности луча фары автомобиля. Потери на трассе распространения возрастают с увеличением частоты и становятся тем больше, чем ниже угол возвышения антенны (угол места). Подходящим выражением для вычисления величины потерь является следующее:
Коэффициент усиления антенны
Коэффициент усиления антенны (Ga) возрастает с увеличением действующего размера антенны, который учитывает ее эффективность (р) и выражается следующей формулой:
(7)
где d - диаметр антенны, м;
р - процент эффективности антенны (обычно 60-80%); 
- длина волны, м.
Примечание Эффективность антенны чаще приводится как нормированное значение меньше 1 (то есть 0, 67 или 0, 8), а не выражается в процентном отношении. В таких случаях из формулы следует удалить цифру 100, стоящую в знаменателе, и подставить значение нормированного коэффициента для р.
Общая шумовая температура приемной системы
Для наземной приемной станции общая шумовая температура приемной системы TSYS складывается из шумовой температуры всех входящих в приемную систему составных частей и включает шумы, внесенные блоком LNB, компонентами волновода, и эквивалентные, или приведенные, шумы антенны.
Главные составляющие, воздействующие на шумовую температуру приемной системы, показаны на рис. 5. 1. Плоскость PQ указывает точку, по отношению к которой приводятся общие шумы приемной системы. Обычно считается, что это точка, расположенная сразу перед входом блока LNB или точка соединительного фланца между компонентами волновода и блока LNB. Эквивалентная шумовая температура антенны ТА получается из всех внесенных шумов, попадающих на антенну, но уменьшенных частичной проницаемостью (
) облучателя.
Эффективная изотропно - излучаемая мощность
Изотропный излучатель определяется как излучающий равномерно по всем направлениям. Это невозможно получить в реальности, но легко представить наглядно. Используя отражатель, изотропный излучатель может концентрировать всю свою энергию в виде узкого луча, который кажется некоторому отдаленному наблюдателю, находящемуся на другом конце луча, изотропным источником со значительно большей выходной мощностью. Таким образом, понятие эффективной изотропно -излучаемой мощности (ЭИИМ) используется в качестве меры напряженности (силы) сигнала, который передается спутником на Землю. ЭИИМ измеряется в децибелах относительно одного ватта (дБВт) и достигает наивысшего значения в центре луча. Данная величина уменьшается логарифмически по мере удаления от центра луча. Значение ЭИИМ для любого спутника можно получить из соответствующих карт зоны обслуживания, где указаны контуры с равными значениями ЭИИМ. Современные спутники могут в определенной степени формировать контуры ЭИИМ, чтобы соответствовать желаемой зоне обслуживания. Применяемые для этого методы в данном случае не представляют интереса. Номинальное значение ЭИИМ для спутников средней мощности системы полу-СНВ, таких как системы Astra, составляет 52 дБВт. Спутники высокой мощности системы СНВ (DBS) имеют значения ЭИИМ, превышающие 60 дБВт.
Отношение несущая/шум
Для диапазонов частот Кu и Ка отношение несущая/шум (C/N) на входе приемной системы определяется следующим выражением:
(8)
где EIRP - эффективная изотропно - излучаемая мощность со спутника в направлении места расположения приемной системы, дБВт;
LFS - потери при распространении сигнала в свободном пространстве на участке от Земли до спутника связи, дБ;
С/Тusable - минимально пониженная величина коэффициента добротности приемной системы, дБ/К;
k - постоянная Больцмана (1,38 х 1СГ23 Дж/К);
В - полоса пропускания приемника до детектирования промежуточной частоты ПЧ, Гц;
Aatm - ослабление сигнала за счет поглощения в атмосфере, дБ;
Агаin - затухание сигнала в осадках для заданного процентного отношения времени, дБ.
Примечание При работе на частотах ниже 8 ГГц значениями Ааtm и Аrain можно пренебречь.
При вычислениях для условий ясного неба параметр Аrain исключается, a G/Tusab!e заменяется на номинальный коэффициент добротности G/Tпом.
Похожие работы
... большое количество способов компенсации дисперсии. Их можно разделить на следующие три класса [7]: - способы компенсации дисперсии, основанные на управлении пространственным распределением дисперсии волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) для обеспечения нулевого суммарного (интегрального) значения дисперсии для всей линии; - способы компенсации дисперсии, основанные на управлении ...
... сигналов, разделенных по частоте, времени или форме и оказывающих взаимное влияние, которое должно учитываться при расчете энергетики спутниковых линий. В настоящей главе приводится расчет спутниковой линии ЗС1 (Алматы) – ИСЗ (Іntelsat-804) - ЗС2 (Лондон) по участкам (3). Исходные данные для расчета: Географическое расположение ЗС 1 (Алматы) Широта (Север) 43°13' Долгота ( ...
... и недостатков этой технологии, а также методов продвижения исследуемой технологии на российский рынок. В результате была спроектирована локальная компьютерная сеть с доступом в Internet на основе существующих сетей кабельного телевидения. Данная модель сети уже реализована в микрорайоне Заречный города Екатеринбурга и явилась первой в России сетью такого рода доведенной до коммерческой ...
... замираний 2.5 Расчет величины Тд(Vmin). 2.6 Расчет уровней сигнала на входе Выводы по проделанной работе Список литературы ВВЕДЕНИЕ Одним из основных видов средств связи являются радиорелейные линии прямой видимости, которые используются для передачи сигналов многоканальных телефонных сообщений, радиовещания и телевидения, телеграфных и фототелеграфных сигналов, передача газетных полос. ...
0 комментариев