СИСТЕМ СВЯЗИ.
В основе построения любой спутниковой системы связи лежит идея размещения ретранслятора на космическом аппарате (КА). Движение КА продолжительное время совершается без затрат энергии, а энергоснабжение всех систем осуществляется от солнечных батарей. КА, находящийся на достаточно высокой орбите, способен “охватить” очень крупную территорию-- около трети поверхности Земли, поэтому через его бортовой ретранслятор могут связываться любые станции, находящиеся на этой территории. Трех КА практически достаточно для создания глобальной системы связи (рис.1.1).
Рис 1.1 Глобальная система связи.
Принцип спутниковой связи заключается в ретрансляции отражающей поверхностью или аппаратурой спутника сигнала от передающих наземных станций к приемным. Следовательно, в зависимости от характера обработки сигнала на спутнике ретрансляция может быть пассивной или активной. В первом случае функции ретранслятора выполняют развертываемые в космосе специальные отражатели, к примеру, тонкостенные конструкции из металлизированных синтетических пленок. Такая конструкция имеет значительную площадь (несколько десятков квадратных метров), рассеивает падающие на нее радиоволны, а наземная приемная станция улавливает часть их энергии.
Плюсами такой системы являются: способность работать продолжительное время, надежность, простота управления. Следует также отметить возможность одновременного и независимого использования одного спутника практически неограниченным числом систем связи при условии, что они работают на разных частотах. [1] При эксплуатации таких спутников – ретрансляторов обнаружен основной недостаток систем связи, в которых они используются, – низкая эффективность вследствие очень большого затухания сигнала, предопределяющего необходимость в большой (до 9 МВт) мощности передающих станций и очень высокой чувствительности приемных наземных устройств. Это обуславливает сложность и высокую стоимость приемопередающей аппаратуры и системы космической связи в целом. Малая мощность отраженного сигнала приводит к низкому качеству связи из-за большого влияния шумов и помех. Еще одним серьезным недостатком является большая сложность создания системы с ограниченной зоной покрытия. Все это заставило отказаться от создания систем регулярной связи на основе пассивных ретрансляторов. Спутниковая система связи с активным ретранслятором в энергетическом отношении более предпочтительна. Наличие на борту КА всего комплекта приемопередающей аппаратуры позволяет значительно уменьшить мощность наземной передающей станции и чувствительность приемного устройства. Экономический эффект от эксплуатации такой системы определяется числом пользователей и дальностью связи. Спутниковая связь с активной ретрансляцией универсальна в отношении передаваемой информации: вследствие широкополосности и большой пропускной способности спутниковой аппаратуры имеется возможность вести с высокой надежностью радиосвязь, обмен телевизионными и радиовещательными программами, передачу многоканальных телеграфных и фототелеграфных сигналов, цифровой информации между удаленными земными потребителями (рис. 1.2).
Рис 1.2 Использование КА с активным ретранслятором.
Спутники связи обращаются вокруг Земли по орбитам, плоскости которых проходят через центр земного шара. В зависимости от угла между плоскостями орбиты и земного экватора, называемого наклонением i, различают полярные (i=90 град), экваториальные (i=0 град) и наклонные (0<i<90 град) орбиты (рис. 1.3).
Рис 1.3 Типы орбит КА. Особый интерес для систем спутникового телевизионного вещания представляет использование КА, расположенного на так называемой геостационарной орбите, находящейся в плоскости экватора и имеющей нулевое наклонение круговой орбиты (рис. 1.3) с радиусом 35785 км. Такой спутник совершает один оборот вокруг Земли точно за одни земные сутки. Если направление его движения совпадает с направлением вращения Земли, то с поверхности Земли он кажется неподвижным. Ни при каком другом сочетании указанных параметров орбиты нельзя добиться неподвижности КА относительно наземного наблюдателя. Антенны станций, работающих с геостационарным спутником, не требуют сложных систем наведения и сопровождения, а в случае необходимости могут быть установлены устройства для компенсации небольших возмущений орбиты.[12] Благодаря этому обстоятельству в настоящее время почти все спутники связи, предназначенные для коммерческого использования, находятся на геостационарной орбите. Спутниковая линия связи с ретранслятором на геостационарной орбите имеет ряд основательных преимуществ: -осуществление непрерывной круглосуточной связи, -отсутствие устройства сопровождения КА в антенной системе наземного комплекса, -высокая стабильность уровня сигнала в радиоканале, -отсутствие эффекта Доплера, -простота организации связи в глобальном масштабе. Недостатками такой линии связи являются перенасыщенность геостационарной орбиты на многих участках, а также невозможность обслуживания приполярных областей. Учитывая все вышеперечисленное можно сделать вывод, что использование ретранслятора, находящегося на геостационарной орбите, наиболее целесообразно для организации спутникового непосредственного телевизионного вещания. В зависимости от организации спутниковое ТВ вещание может осуществляться двумя службами: · фиксированной спутниковой службой (ФСС). В этом случае передаваемые через КА телевизионные сигналы принимаются с высоким качеством наземными станциями, расположенными в зафиксированных заранее пунктах. С этих станций через наземные ретрансляторы телевизионный сигнал доставляется индивидуальным потребителям (рис. 1.4)
Рис.1.4 Ретрансляция спутниковых сигналов наземным телевещанием.
· радиовещательной спутниковой службой (РВСС). В этом случае ретранслируемые КА телевизионные сигналы предназначены для непосредственного приема населением (непосредственным считается как индивидуальный, так и коллективный прием, при котором телезрители принимают программу по кабельной сети) (рис. 1.5).
Рис 1.5 Непосредственное ТВ вещание.
Большое распространение в настоящее время получили относительно простые и недорогие установки с антеннами небольших размеров для непосредственного приема телевизионных сигналов со спутников. Система спутникового телевизионного вещания включает в себя следующие подсистемы (рис. 1.6): -передающий телевизионный центр -активный спутник – ретранслятор -приемное оборудование
Рис. 1.6 Схема элементов СТВ.
Современные технические средства позволяют сформировать достаточно узкий пучок волн, чтобы при необходимости сконцентрировать практически всю энергию передатчика КА на ограниченной территории, на пример на территории одного государства. Часть территории, которую необходимо охватить вещанием при заданном уровне сигнала, называют зоной обслуживания. Ее вид и размеры зависят от диаграммы направленности передающей антенны спутника – ретранслятора. Несмотря на то, что антенна всегда направлена в точку прицеливания, за чем следят специальные устройства, зона обслуживания имеет сложную геометрическую форму. Если диаграммы направленности бортовых антенн КА достаточно широки, чтобы охватить всю видимую с него часть Земли, то зона обслуживания является глобальной. В спутниковом телевидении уровень излучаемого с КА сигнала принято характеризовать произведением мощности (в ваттах) подводимого к антенне сигнала на коэффициент ее усиления (в децибелах) относительно изотропного (всенаправленного) излучателя. Эту характеристику называют эквивалентной изотропно излучаемой мощностью (ЭИИМ) и измеряют в децибелах на ватт. Уровень сигнала в точке приема определяется плотностью потока мощности у поверхности Земли относительно потока мощности 1 Вт, проходящего через 1 кв. м (дБВт/кв.м).
Рис. 1.7 Районы спутникового вещания.
В 1977 г. состоялась Всемирная административная радиоконференция по планированию радиовещательной спутниковой службы, на которой был принят ныне действующий Регламент радиосвязи. В соответствии с ним земной шар разделен на 3 района, для вещания, на каждый из которых выделены свои полосы частот. Как видно из рис. 1.7 Россия и страны Ближнего зарубежья входят в Район 1. В регламенте указаны полосы частот метрового и дециметрового диапазонов, в которых работают радиопередающие средства телевизионного вещания. В этих полосах частот ряд частотных планов, разработанных на основании защитных отношений и других параметров, рекомендованных МККР (Международным Консультативным Комитетом по Радиосвязи), согласован на международном уровне. Два последних диапазона – Ка и К – почти не используются, и пока считаются экспериментальными. Однако вещание спутниковых телепрограмм в этих диапазонах позволит значительно уменьшить диаметр приемных антенн. Например, если антенны Кu – диапазона (10,70 - 12,75 ГГц) имеют характерные размеры 0,6 – 1,5 м, то антенны К – диапазона (84 – 86 ГГц) при том же значении коэффициента усиления будут иметь размеры 0,1 – 0,15 м (Таб. 1.1). Кроме того, информационная емкость этих диапазонов значительно выше. Под информационной емкостью понимается количество телевизионных каналов, которое можно разместить в данном диапазоне частот. Основная проблема в освоении этих диапазонов – экономическая, а именно, проблема создания недорогих массовых индивидуальных приемников. В регламенте радиосвязи нашедшие следующие основные положения, касающиеся систем непосредственного спутникового телевизионного вещания (СНТВ): -в системах СНТВ используются спутники – ретрансляторы, расположенные на геостационарной орбите -для радиолиний Земля – Космос и Космос – Земля выделены фиксированные полосы частот (табл. 1.1) -величина отношения сигнал/шум не должна быть меньше 14 дБ -плотность потока мощности в зоне обслуживания не должна превышать –103 дБВт/кв. м для индивидуального приема и -111 дБВт/кв. м – для коллективного -для увеличения объема передаваемой информации рекомендуется двукратное использование рабочих частот, что возможно благодаря развязке по поляризации -приемную установку ТВ необходимо охарактеризовать коэффициентом добротности, который определяется как отношение коэффициента усиления антенны к суммарной шумовой температуре станции G/Т. Полосы частот, (ГГц) выделенные ТВ вещанию РВСС для района 1
Таблица 1.1.
|
