Определение основных параметров системы спутникового телевещания

Расчет параметров аналоговых радиорелейных линий с частотным разделением каналов

Задание многокальный сигнал спутниковый связь

1. Определить граничные частоты многоканального сигнала для заданного N при ЧРК, нарисовать линейный спектр сигнала и рассчитать среднюю мощность многоканального сигнала.

2. Из таблицы параметров аналоговой радиорелейной аппаратуры выбрать аппаратуру, подходящую по числу передаваемых каналов.

3. Рассчитать полосу частот, занимаемую ЧМ сигналом, и ширину полосы частот РЧ тракта.

4. По заданным протяженности интервала высотам подвеса антенн рассчитать уровень сигнала на входе приемника (Р_пр0).

5. Рассчитать мощность тепловых шумов на выходе телефонного канала.

6. Определить минимально допустимый множитель ослабления и соответствующий ему уровень сигнала на входе приемника.

Таблица 1

N — число ТЛФ каналов в стволе;

L/L_эт — заданная протяженность линии связи / протяженность гипотетической (эталонной)линии;

л — средняя длина волны рабочего диапазона частот;

R₀ — средняя протяженность интервала;

h₁ / h₂ — высоты подвеса антенн на интервале линии связи.

1. Для заданного числа каналов определим граничные частоты группового спектра (F₁ и F₂) из прил. 1. Зарисуем вид соответствующего группового спектра

F₁ = 60 кГц,

F₂ = 1300 кГц.

Рисунок 1 — Линейный спектр многоканального сигнала с частотным разделением.

Рассчитаем уровень средней мощности многоканального сигнала, учитывая следующие положения:

При N > 240

P_ср = p_k + 10 lg N, дБм0,

где: для отечественных данных p_k = -13 дБм0 (50 мкВт),

для данных МСЭ — Т p_k = -15 дБм0 (32 мкВт).

P_ср = -13 + 10 lg 300 = 11,77 дБм0.

Рассчитаем среднюю мощность многоканального сигнала:

мВт

= 15,03, мВт Из таблицы прил. 2 выберем (по числу каналов и рабочей длине волны) подходящую аппаратуру связи и запишем ее основные параметры:

Найдем рабочую частоту:

f = c/ л,

где:

с = 3,0 * 10⁸, м/сскорость света в вакууме.

f = 3,0 *10⁸ /(3,7 * 10^-2) = 0,81 *10¹⁰ Гц = 8,1 ГГц.

Выбираем аппаратуру:

Курс — 8

Таблица 2

2. Для расчета полосы частот, занимаемой ЧМ сигналом, воспользуемся следующей методикой:

· Определим значение эффективной девиации частоты:

кГц, где

?f_к — девиация частоты на один канал

=775 кГц

· Определим пиковую девиацию частоты:

при N > 240

?f_пик = 3,33 ?f_эфф

?f_пик = 3,33*775 = 2581 кГц

· Рассчитаем индекс частотной модуляции:

m_f = ?f_пик / F₂

m_f = 2581*10³/1300*10³ = 1,99

· Определим полосу частот, занимаемую частотно-модулированным сигналом:

П = 2 F₂ (1 + m_f +)

П = 2*1300*10³ (1 + 1,99 +) = 11,44 МГц Необходимую полосу пропускания ВЧ тракта РРЛ можно принять, численно равной удвоенной полосе П:

П_необ. = 2 П П_необ. = 2*11,44 = 22,88 МГц Очевидно, что качество работы линии связи, определяется уровнем сигнала на входе приемника P_пр и возможными отклонениями этого уровня при замираниях.

Определим уровень сигнала на входе приемника (P_пр0) при работе в свободном пространстве:

Вт Для расчета выберем коэффициенты усиления передающей и приемной антенн (G₁ и G₂) из таблицы параметров антенн, прил. 2 и рассчитаем КПД фидерных линий (з₁ и з₂) по заданным высотам подвеса антенн:

где: а_ф — погонное затухание в фидерной линии (0,04 — 0,09 дБ/м),

l_ф = h + l_гор, м — длина фидерной линии,

h — высота h₁ или h₂,

l_гор — длина горизонтальной части фидерной линии (10 — 20 м).

Примем:

l_{гор, 1} = 10 м; l_{гор, 2} =10 м.; а_ф = 0,05 дБ/м Рассчитаем:

l_{ф, 1} = 10 + 43 =53 м

l_ф2 = 10 + 45 = 55 м

= 0,54

= 0,53

Выберем антенну:

АДЭ — 3,5

Коэффициент усиления — 46,3 дБ Диапазон частот — 7,9 — 8,4 ГГц.

Переведем коэффициенты усиления антенн с дБ в ед.:

= 42 658

Определим уровень сигнала на входе приемника (P_пр0) при работе в свободном пространстве:

=1,66 мкВт Мощность теплового шума на выходе верхнего по частоте ТЛФ канала при распространении сигнала в свободном пространстве определяется по формуле:

пВт где n_ш — коэффициент шума приемника, ед.,

?F_к — ширина полосы частот одного канала (3100 Гц),

k — постоянная Больцмана (1,38*10^-23, Вт/Гц град),

Т — абсолютная температура (290 К),

k_п — псофометрический коэффициент (0,75),

P_пр0 — мощность сигнала на входе приемника, Вт, в_пр — коэффициент, учитывающий изменение девиации частоты при введении предыскажений (0,4).

= 0,568 пВт Определим примерное значение минимально допустимого множителя ослабления (V_{мин доп})

V_{мин доп} — такое ослабление сигнала на интервале РРЛ, при котором мощность шума на выходе ТЛФ канала равна 47 500 пВт. Этот параметр является основой для расчета устойчивости связи и, в большинстве случаев, составляет величину 30 — 40 дБ.

Расчет производится по следующей формуле:

где P_{шт макс доп} = 47 500 — P_ш пост ,

P_ш пост — мощность шумов линии связи, величина которых не зависит от величины замираний сигнала на интервале РРЛ.

В контрольной работе примем эту величину в пределах 3000 — 7000 пВт.

P_{шт макс доп} = 47 500 — 4000 = 43 500 пВт.

= 0,0036

Полученное значение переведем в дБ, по формуле:

V_{мин доп}, дБ = 20 lg (V_{мин доп})

V_{мин доп} = 20 lg 0,0036 = - 48,9 дБ,

Данное значение, удовлетворяет условию, т.к. входит в интервал от — 30 дБ до — 50 дБ.

В заключении определим мощность сигнала на входе приемника при

V = V_{мин доп}, по формуле:

P_пр = P_пр 0 (V_{мин доп})²

P_пр = 1,66*10^-6 *(0,0036)² = 21,5 пВт.

Результаты расчетов запишем в таблицу 3.

Таблица 3

2. Определение основных параметров системы спутникового телевещания

Задача 3.1

Определить параметры для юстировки приемной антенны (азимута и угла места) в целях обеспечения связи между выбранным телекоммуникационным спутником, расположенным на геостационарной орбите, и абонентским приемным устройством.

1. Определить географические координаты точки, в которой будет приниматься сигнал со спутника.

2. Выбрать телекоммуникационный спутник, расположенный на геостационарной орбите.

3. Рассчитать азимут и угол места для юстировки наземной приемной антенны.

Задача 3.2

1. Определить для заданного варианта системы спутникового телевещания:

· Полосу пропускания абонентского приемного устройства;

· Требуемое отношение сигнал/шум на входе абонентского приемника;

· Затухание сигнала в свободном пространстве;

· Коэффициенты усиления спутниковой передающей антенны и абонентской антенны.

2. По найденным параметрам рассчитать необходимую мощность спутникового передатчика.

Решение Задача 3.1

1. Из таблицы 3 [ 1 ] выберем спутник связи и запишем его название и положение на орбите:

Таблица 4

2. Зададимся географическими координатами деревни Патракеевки Архангельской области Приморского района, в котором будет приниматься сигнал со спутника:

64°57?53.59? с. ш. 40°23?29.79? в. д.

3. Рассчитаем азимут и угол места для юстировки наземной приемной антенны:

Угол места:

где Д_сп — долгота спутника (положение на орбите), град;

Д — долгота места расположения абонентского приемника, град;

Ш — широта места расположения абонентского приемника, град;

Азимут:

Перед расчетами убедимся, что прием сигналов с выбранного спутника в данной точке возможен. Для этого должно выполняться неравенство, иначе спутник находится за линией горизонта:

cos (Д_сп — Д) cosШ > 0,1513.

сos (53−40)cos65 = 0,51 > 0,1513

Условие выполняется.

= 16⁰

= 166,1⁰

Задача 3.2

Исходные данные для выполнения задачи выберем из таблицы 4 [ 1 ]:

Таблица 4

1. Определим шумовую полосу частот абонентского приемника:

Дf_ша = г 2 Дf_пик,

где г =1,1 — коэффициент, определяемый избирательными свойствами приемника;

Дf_пик = m_f*F_макс — пиковая девиация частоты;

F_макс — верхняя частота видеосигнала (для отечественного стандарта F_макс = 6 МГц);

Дf_ша = 1,1*2*1,3*6 = 17,16 МГц

2. Определим необходимое отношение сигнал/шум на входе абонентского приемника:

где

(Р_с/Р_ш)_вых, ед. — нормируемое отношение с/ш в канале на выходе демодулятора (для спутникового ТВ канала 1-го класса — 53 дБ, 2-го класса — 48 дБ)

k_в = 65 — влияние взвешивающих и восстанавливающих контуров (18,1 дБ).

Переведем (Р_с/Р_ш)_вых из дБ в ед., по формуле:

(Р_с/Р_ш)_вых, ед = 10^{0,1*(Рс/Рш)вых, дБ}

Используем отношение с/ш для спутникового ТВ канала 1-го класса — 53 дБ, тогда:

(Р_с/Р_ш)_вых, ед = 10^0,1*53 = 199 526,23 ед

= 52,92 ед

Полученное значение (Р_с/Р_ш)_вх выразим в дБ:

(Р_с/Р_ш)_вх, дБ =10 lg [(Р_с/Р_ш)_вх, ед. ],

(Р_с/Р_ш)_вх = 10 lg 52,92 = 17,24 дБ

Определим коэффициент запаса на участке спутник — абонентский приемник:

а_са = а_зс / (а_зс — 1),

а_са = 11 / (11 — 1) = 1,1

Рассчитаем эквивалентную шумовую температуру абонентской приемной установки

Т_{пр у} = Т_а*з_ф + Т₀(1 — з_па) + Т_пр ,

где Т_а — эквивалентная шумовая температура антенны (200 К);

Т₀ — абсолютная температура окружающей среды (290 К);

з_па — КПД фидерной линии (0,7 -0,9);

Т_пр — эквивалентная шумовая температура приемника (150 — 500 К).

Т_{пр у} = 200*0,7 + 290*(1 — 0,7) + 250 = 477 К.

Рассчитаем ослабление сигнала в свободном пространстве

L₀ = 20 lg (4.189*10⁴ *d*F), дБ,

где F — рабочая частота, ГГц;

d — максимальная наклонная дальность, соответствующая расстоянию от спутника до абонентской станции на границе зоны видимости, км:

где H_орб — высота геостационарной орбиты (35 800 км.);

R_з — радиус земли (6370 км.).

= 41 686 км

L₀ = 20 lg (4,189*10⁴*41 686*12,5) = 207 дБ

Переведем из дБ в разы:

L₀, раз = 10^{( Lo , дБ / 10)},

L₀ = 10^207/10 = 5,01*10²⁰ раз.

Определим коэффициенты усиления бортовой передающей антенны и антенны абонентской установки

Антенна спутника

G_{пд с} = з_а(49 000 / Дц_б), раз,

где

з_а — коэффициент использования поверхности зеркала антенны (0,5 — 0,6);

G_{пд с} = 0,57*(49 000 / 5,5) = 5078 раз

Переведем коэффициент усиления в дБ:

G_{пд с,} дБ = 10 lg (G_{пд с}, раз);

G_{пд с,} дБ = 10 lg (5078) = 37,06 дБ

Антенна абонентского приемника

G_{пр а} = 20 lg (D) + 20 lg (f) + 17.5,

где D — диаметр антенны, м;

f — рабочая частота, ГГц

G_{пр а} = 20 lg (1,8) + 20 lg (12,5) + 17,5 = 44,54 дБ

G_{пр а}, раз = 10^{(Gпр а, дБ / 10)}

G_{пр а} = 10^{44,54 / 10} = 28 445 раз

Рассчитаем требуемую мощность бортового передатчика

где L_доп = 3 (4,8 дБ) — дополнительные потери в атмосфере;

k = 1,38*10^-23 — постоянная Больцмана;

з_па = з_сп = 0,7−0,9 — КПД фидеров на спутнике и в абонентском приемнике;

Дf_ша, Гц

= 93,73 Вт

Результаты выполнения контрольной работы запишем в таблицу 5

Таблица 5

1. Лобач В.С./ «Космические и наземные системы радиосвязи и телерадиовещания» и «Спутниковые и радиорелейные системы передачи»: контрольные задания и методические указания к выполнению / СПбГУТ. — СПб. 2001

2. Лобач В.С./ «Космические и наземные системы радиосвязи и телерадиовещания»: методические указания к изучению дисциплины / СПбГУТ. — СПб. 2001

3. Немировский А. С. и др./ Радиорелейные и спутниковые системы передачи: Учебник для вузов/ - М.: Радио и связь, 1986